Способ электрохимической очистки нефтесодержащих сточных вод и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к очистке нефтесодержащих промышленных сточных вод, ливневых и талых вод. Способ очистки нефтесодержащих сточных вод включает обработку воды в конвективных потоках, образуемых пузырьками водорода, число которых равно числу катодных элементов, последующее ее смешение с потоком чистой воды, насыщенным пузырьками кислорода, и фильтрацию полученной смеси в зернистой загрузке с каталитическими свойствами. При этом часть очищенной воды возвращают за счет рециркуляции для насыщения пузырьками кислорода, а газообразный водород и кислород отбирают раздельно. Устройство для электрохимической очистки нефтесодержащих вод содержит корпус с вертикальными перегородками и патрубками подвода очищаемой и отвода очищенной воды, приемную камеру, флотационную камеру с горизонтально размещенными электродами, камеру сбора очищенной воды, камеру сбора шлама и пеносборное устройство в виде последовательно расположенных усеченных пирамид. При этом устройство дополнительно содержит каталитическую камеру, заполненную катализатором, патрубок подачи очищенной воды в анодную камеру, а также патрубки отвода газообразного водорода и кислорода. Флотационная камера разделена горизонтальной мембраной на катодную и анодную камеру, причем анод выполнен в виде сплошной пластины и расположен на дне анодной камеры, а сетчатый катод выполнен из расположенных параллельно аноду отдельных элементов. Изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность проведения процесса очистки воды. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к процессам очистки нефтесодержащих вод, в частности промышленных сточных вод, ливневых и талых вод.

Известен способ очистки сточных вод [1], при котором в сточную воду вводят реагенты для образования нерастворимых соединений. Извлечение образовавшихся соединений проводят методом электрофлотации.

Известен электрофлотатор для очистки сточных вод [2], содержащий камеру флотации и камеру флотошлама, электродные блоки. Катод выполнен в виде пакета стальных сеток, причем ячейки одной сетки смещены относительно ячеек другой сетки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ [3] обработки воды электрофлотацией, при котором катодные блоки размещают вдоль потока обрабатываемой воды, поддерживают неравномерную плотность тока на электродах, образуют конвективные потоки в плоскости, перпендикулярной направлению потока воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электрофлотатор [4], содержащий камеру ввода потока, флотационную камеру, камеру вывода потока, пеносборное устройство в виде последовательных усеченных пирамид и дискретно расположенных электродных блоков.

Недостатком указанных аналогов является невысокая степень очистки сточных вод от растворенных органических веществ.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффекта очистки воды от нефтепродуктов, взвешенных веществ и органических загрязнений, а также в повышении безопасности проведения процесса.

Указанная задача решается тем, что в способе электрохимической очистки нефтесодержащих сточных вод, включающем очистку воды в конвективных потоках электролитически полученных пузырьков водорода и кислорода, согласно изобретению воду обрабатывают пузырьками водорода, образующими конвективные потоки, число которых равно числу катодных элементов, затем смешивают с потоком чистой воды, насыщенным пузырьками кислорода, фильтруют полученную смесь в зернистой загрузке с каталитическими свойствами, причем часть очищенной воды возвращают за счет рециркуляции для насыщения пузырьками кислорода, а газообразный водород и кислород отбирают раздельно. Поток рециркуляции составляет 5-10% от основного потока. Устройство для электрохимической очистки нефтесодержащих вод содержит корпус с вертикальными перегородками и патрубками подвода очищаемой и отвода очищенной воды, приемную камеру, флотационную камеру с горизонтально размещенными электродами, камеру сбора очищенной воды и камеру сбора шлама, пеносборное устройство в виде последовательно расположенных усеченных пирамид, согласно изобретению устройство дополнительно содержит каталитическую камеру, заполненную катализатором, а флотационная камера разделена горизонтальной мембраной на катодную и анодную камеру, причем мембрана расположена между катодом и анодом, устройство дополнительно содержит патрубок подачи очищенной воды в анодную камеру, а также патрубки отвода газообразного водорода и кислорода, анод выполнен в виде сплошной пластины и расположен на дне анодной камеры, сетчатый катод выполнен из расположенных параллельно аноду отдельных элементов. Катод выполнен в виде прямоугольных элементов, число которых равно числу усеченных пирамид пеносборного устройства, а расстояние между ними равно ширине элементов. Объем анодной камеры равен 0,05-0,10 объема катодной камеры. Анод выполнен из графита, катод из сетки нержавеющего метала. В качестве катализатора используется зернистый материал фракции 2-5 мм, имеющий следующий состав: железо - 38%, сера - 36%, кремний - 8%, остальное жидкое стекло и кремнефтористый натрий. Мембрана выполнена из капроновой ткани.

Преимуществом предложенного изобретения по сравнению с прототипом является повышение эффективности очистки и разделение газообразного водорода и кислорода.

Предлагаемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», подтверждаемому совокупностью следующих условий: изобретение предназначено для очистки промышленных, ливневых и талых нефтесодержащих сточных вод.

На чертеже представлена схема электрофлотационного аппарата, содержащего корпус 1 с вертикальными перегородками 2, которые делят аппарат на приемную камеру 3, флотационную камеру 4, разделенную горизонтальной мембраной 5 на катодную 6 и анодную 7 камеру с горизонтально размещенными электродами (анод 8 выполнен в виде сплошной пластины и расположен на дне анодной камеры 7, катод 9 выполнен из расположенных параллельно аноду отдельных сетчатых элементов), каталитическую камеру 10, заполненную катализатором, и камеру сбора очищенной воды 11. Камеры сбора шлама 12, 13 находятся над усеченными призмами пеносборных устройств 14, откуда через патрубки отвода газа 15, 16 удаляется соответственно водород и кислород. Для подвода очищаемой воды используется патрубок 17 для отвода очищенной воды 18. Рециркуляция производится патрубком подачи очищенной воды 19 в анодную камеру 7.

Очистка сточных вод производится следующим образом. Вода через патрубок 17 подается в приемную камеру 3, откуда во флотационную камеру 4, где происходит флотация за счет выделившегося в процессе электролиза водорода. Шлам через пеносборное устройство 14 удаляется в шламовую камеру 12, водород отводится через патрубок 15, а предварительно очищенная вода попадает в каталитическую камеру 10, заполненную каталитической минеральной загрузкой, где смешивается с насыщенной кислородом водой из анодной камеры. В качестве каталитической загрузки применена загрузка, содержащая оксиды многовалентных металлов. В частности, в качестве катализатора использован зернистый материал фракции 2-5 мм, имеющий следующий состав: железо - 38%, сера - 36%, кремний - 8%, остальное жидкое стекло и кремнефтористый натрий [5]. За счет кислорода происходит окисление органических веществ, причем эффект усиливается каталитической загрузкой.

Загрязняющие вещества флотируются и удаляются с помощью пеносборного устройства 14 в шламовую камеру 12, кислород отводится через патрубок 16, а вода поступает в камеру сбора очищенной воды 11 и отводится из аппарата через патрубок 18. Часть очищенной воды через систему рециркуляции 19 подается на вход анодной камеры 7.

Примеры реализации изобретения.

Флотировали натурные талые воды, содержащие нефтепродукты, взвешенные и органические вещества. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Содержание загрязнений в воде до и после Флотации
Загрязняющие вещества	По прототипу	По изобретению
Исходное	Конечное	Эффект, %	Исходное	Конечное	Эффект, %
Нефтепродукты, мг/л	156	4,2	97,3	156	2,7	98,3
Взвешенные вещества, мг/л	330	8,4	97,5	330	6,6	98,0
Органические вещества, мг/л	32	7,6	76,3	32	0,7	97,8

Из приведенных результатов следует, что применение зернистой каталитической загрузки увеличило эффект очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов, а применение кислорода совместно с каталитическим материалом позволило достичь глубокой минерализации органических веществ и существенно уменьшило концентрацию трудноизвлекаемых растворенных органических веществ.

Раздельный отвод газообразного водорода и кислорода повышает безопасность использования электрофлотатора, так как предотвращает возможность образования гремучей смеси.

Литература

1. Патент РФ №2122525, МПК C02F 1/62, C02F 1/465. Способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов /Ильин В.И., Колесников В.А., 1998.

2. Патент РФ №2102330, МПК C02F 1/24, C02F 1/465. Электрофлотатор для очистки сточных вод. /Брейво А.Э. и др., 1998.

3. А.с. СССР №1474096, МПК C02F 1/46. Способ очистки сточных вод электрофлотацией. /Назаров В.Д. и др., 1986.

4. А.с. СССР №1096231, МПК C02F 1/46. Электрофлотационный аппарат. /Назаров В.Д. и др., 1982.

5. Патент РФ №2200059, МПК B01J 20/02, C02F 1/64. Активный обезжелезивающий фильтрующий материал. /Назаров В.Д., Вадулина Н.В., 2003.

1. Способ электрохимической очистки нефтесодержащих сточных вод электрофлотацией в конвективных потоках, создаваемых пузырьками газа, полученными электролизом, отличающийся тем, что воду обрабатывают в конвективных потоках, образуемых пузырьками водорода, число которых равно числу катодных элементов, затем смешивают с потоком чистой воды, насыщенным пузырьками кислорода, фильтруют полученную смесь в зернистой загрузке с каталитическими свойствами, причем часть очищенной воды возвращают за счет рециркуляции для насыщения пузырьками кислорода, а газообразный водород и кислород отбирают раздельно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток рециркуляции составляет 5-10% от основного потока.

3. Устройство для электрохимической очистки нефтесодержащих вод, содержащее корпус с вертикальными перегородками и патрубками подвода очищаемой и отвода очищенной воды, приемную камеру, флотационную камеру с горизонтально размещенными электродами, камеру сбора очищенной воды и камеру сбора шлама, пеносборное устройство в виде последовательно расположенных усеченных пирамид, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит каталитическую камеру, заполненную катализатором, а флотационная камера разделена горизонтальной мембраной на катодную и анодную камеру, причем мембрана расположена между катодом и анодом, кроме того, устройство дополнительно содержит патрубок подачи очищенной воды в анодную камеру, а также патрубки отвода газообразного водорода и кислорода, анод выполнен в виде сплошной пластины и расположен на дне анодной камеры, сетчатый катод выполнен из расположенных параллельно аноду отдельных элементов.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что катод выполнен в виде прямоугольных элементов, число которых равно числу усеченных пирамид пеносборного устройства, а расстояние между ними равно ширине элементов.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что объем анодной камеры равен 0,05-0,10 объема катодной камеры.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что анод выполнен из графита, катод из сетки нержавеющего металла.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве катализатора используется зернистый материал фракции 2-5 мм, имеющий следующий состав: железо - 38%, сера - 36%, кремний - 8%, остальное жидкое стекло и кремнефтористый натрий.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что мембрана выполнена из капроновой ткани.