Способ очистки нефтесодержащих сточных вод

Изобретение относится к очистке сточных вод флотацией и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов. Способ включает подачу нефтесодержащих вод в резервуар через зону насыщения воды воздухом. Очищаемые воды подают струей под давлением через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, с последующей флотационной очисткой воды от примесей при атмосферном давлении в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом. Затем очищаемые воды подвергают повторной флотационной очистке от примесей при давлении, меньшем атмосферного, в зоне, изолированной от зоны, предшествующей флотационной очистки воды от примесей. На этой стадии очищаемые воды нагревают до температуры, близкой к температуре кипения с одновременным удалением образовавшегося выпара. Кроме того, в водовоздушную струю, сформированную в объеме вод, примыкающем к зоне их насыщения воздухом, дополнительно эжектируют воздух из зоны насыщения сточных вод воздухом. Изобретение направлено на повышение степени аэрирования сточных вод при одновременном повышении равномерности аэрирования объема нефтесодержащих сточных вод тонкодисперсными пузырьками воздуха, что обеспечивает возможность флотирования тонкодисперсных частиц примесей и за счет этого позволяет довести степень очистки нефтесодержащих вод от свободных (нерастворенных) примесей до уровня не менее 99% от их исходного содержания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов.

Известен способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий их подачу в резервуар под поверхность сточных вод в резервуаре затопленной струей под давлением, с последующей флотационной очисткой воды от примесей, в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом (SU №996332, МКИ С02F 1/00, 1981).

Недостаток этого решения - неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод из-за низкой степени их аэрирования.

Известен также способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий их подачу в резервуар через зону насыщения воды воздухом, для чего нефтесодержащие сточные воды подают струей под давлением через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, с последующей флотационной очисткой воды от примесей, при атмосферном давлении в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом (SU №1632949, МКИ С02F 1/40, В01D 17/035, 1991).

Недостатком этого решения также является неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод, поскольку тонкодисперсные примеси, равномерно распределенные по их объему, не могут быть полностью удалены из-за недостаточно высокой равномерности распределения воздушных пузырьков по объему вод и их недостаточной дисперсности, кроме того, нефтепродукты, растворившиеся в воде, практически не могут быть удалены из нее.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в повышении степени очистки нефтесодержащих сточных вод.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении степень аэрирования сточных вод при одновременном повышении равномерности аэрирования объема нефтесодержащих сточных вод тонкодисперсными пузырьками воздуха, что обеспечивает возможность флотирования тонкодисперсных частиц примесей и за счет этого позволяет довести степень очистки нефтесодержащих вод от свободных (нерастворенных) примесей до уровня не менее 99% от их исходного содержания. Кроме того, обеспечивается возможность отделения нефтепродуктов, растворившихся в воде.

Поставленная задача решается тем, что способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий их подачу в резервуар через зону насыщения воды воздухом, для чего нефтесодержащие сточные воды подают струей под давлением через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, с последующей флотационной очисткой воды от примесей, при атмосферном давлении в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом, отличается тем, что после флотационной очистки воды от примесей, при атмосферном давлении, очищенные воды подвергают повторной флотационной очистке от примесей, при давлении, меньшем атмосферного, в зоне, изолированной от зоны предшествующей флотационной очистки воды от примесей, кроме того, на этой стадии очищаемые воды нагревают до температуры, близкой к температуре кипения с одновременным удалением образовавшегося выпара. Кроме того, в водовоздушную струю, сформированную в объеме вод, примыкающем к зоне их насыщения воздухом, дополнительно эжектируют воздух из зоны насыщения сточных вод воздухом.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, что обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - повысить степень аэрирования сточных вод, при одновременном повышении равномерности аэрирования объема нефтесодержащих сточных вод тонкодисперсными пузырьками воздуха и обеспечить возможность отделения нефтепродуктов, растворившихся в воде.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признаки «…после флотационной очистки воды от примесей, при атмосферном давлении, очищенные воды подвергают повторной флотационной очистке от примесей, при давлении, меньшем атмосферного» инициируют и поддерживают процесс выделения из объема сточных вод воздуха, растворенного в них при повышенном давлении воздуха и частично выделившегося при атмосферном давлении (на предшествующей стадии флотационной очистки).

Признаки, указывающие на изолированность зоны повторной флотационной очистки от зоны предшествующей флотационной очистке воды от примесей, реализуемой при атмосферном давлении, обеспечивают эффективность повторной (вакуумной) стадии очистки и снижают нагрузку на вакууммирующее оборудование, используемое на этой стадии.

Признаки, указывающие, что на стадии повторной (вакуумной) очистки «…очищаемые воды нагревают до температуры, близкой к температуре кипения с одновременным удалением образовавшегося выпара…», обеспечивают в первую очередь испарение нефтепродуктов, растворенных в воде, кроме того, тонкодисперсные частицы тяжелых нефтепродуктов (нерастворенные в воде), находящиеся в прогретой, интенсивно барботирующей воде, интенсивнее флотируются.

Признаки второго пункта формулы «…в водовоздушную струю, сформированную в объеме вод, примыкающем к зоне их насыщения воздухом, дополнительно эжектируют воздух…» позволяют повысить степень насыщения вод воздухом, а признаки, указывающие, что воздух эжектируют «…из зоны насыщения сточных вод воздухом…», упрощают организацию процедуры подачи дополнительного объема воздуха и повышают эффективность процесса насыщения вод воздухом, поскольку эжектируется воздух, находящийся под давлением, соответствующим давлению воздуха, использованного для насыщения сточных вод.

На чертеже схематически показано устройство, обеспечивающее реализацию заявленного способа.

На чертеже показан резервуар 1, сопловой насадок 2, кожух 3 с кромкой 4, отбойник 5 с кромкой 6, зазор 7 между стенками отбойника 5 и резервуара 1, дополнительный резервуар 8 с вертикальной отбойной перегородкой 9, разделяющей его на флотирующий 10 и накопительный 11 отсеки. Кроме того, показаны отводные патрубки 12 и 13 резервуара 1, отводные патрубки 14 и 15 дополнительного резервуара 8, дренажные патрубки 16 резервуара 1, дополнительного резервуара 8, флотирующего отсека 10 и отбойника 5, питающий патрубок 17 резервуара 1, воздушные патрубки 18 и 19 соответственно резервуара 1 и дополнительного резервуара 8, распределитель-нагреватель 20, трубопровод 21, конфузорные сопла 22 с каналами 23. Кроме того, показаны поверхность жидкости 24, водо-воздушная струя 25, слой пены 26, содержащий сфлотированные примеси.

Распределитель-нагреватель 20 выполнен в виде теплообменника, вход тепловоспринимающего контура которого подключен к трубопроводу 21, а выход открыт в полость флотирующего отсека 10 дополнительного резервуара 8. При этом теплоотдающий контур распределителя-нагревателя 20 выполнен в виде трубчатого теплообменника, подключенного к источнику теплоты (не показан) с рабочим агентом, обладающим соответствующими тепловыми параметрами, например, к системе охлаждения энергетических установок (с учетом работы в условиях пониженного давления в резервуаре 8 температура кипения флотируемой жидкости будет находиться в диапазоне 67-80°С).

Остальные перечисленные элементы и детали не отличаются по конструкции и материалам от известных элементов и деталей, используемых по сходному назначению, при сходных требованиях по прочности, производительности и т.п.

Заявленный способ осуществляется следующим образом. Рабочие параметры в установке доводят до номинала, а именно: резервуар заполняют водой (целесообразно, на этапе запуска использовать очищенную воду), в полости кожуха 3 (в зоне насыщения воды воздухом) создают давление выше атмосферного до 0,1 МПа, например, путем подключения патрубка 18 к источнику сжатого воздуха - компрессора (не показан), кроме того, в воздушной полости дополнительного резервуара 8 создают разрежение до 0,03-0,05 МПа (например, путем подключения к вакуум-насосу, на чертеже не показанному). Кроме того, включают подачу тепла в распределитель-нагреватель 20. Затем начинают подачу вод, подлежащих очистке. Очищаемые воды изливаются из соплового насадка 2 с высокой скоростью в виде струи под давлением 0,8-1,0 МПа, вниз через слой воздуха (находящийся в кожухе 3 над поверхностью жидкости 24, уже имеющейся в резервуаре 1). В процессе движения через слой воздуха струя очищаемой воды захватывает большое количество воздуха, который под воздействием струи увлекается в объем жидкости, где диспергируется на мелкие пузырьки и частично растворяется в объеме воды, находящейся под поверхностью жидкости 24. В результате этого в объеме очищаемых вод формируется водо-воздушная струя 25, распространяющаяся в глубь жидкости от ее поверхности. Глубина проникновения струи 25 и размеры ее поперечного сечения определяются параметрами подачи очищаемых вод. Взаимодействуя с выходными отверстиями конфузорных сопел 22, водовоздушная струя 25 за счет эжектирующего эффекта «подсасывает» в себя дополнительный объем сжатого воздуха (через каналы 23) из зоны насыщения воды воздухом. Далее очищаемые воды, насыщенные пузырьками диспергированного воздуха и воздухом, растворившимся в них, вытесняются через зону между дном резервуара 1 и кромкой 4 кожуха 3, где гасится энергия струи, в зазор между стенками кожуха 3 и отбойника 5. При этом в остальном объеме устройства течение воды принимает спокойный характер, конвективные токи отсутствуют. В этих условиях происходит интенсивное беспрепятственное разделение частиц примесей во всем объеме очищаемой жидкости (происходит флотация частичек нефтепродуктов пузырьками воздуха, т.е. образование агрегатов частица-пузырек, которые всплывают на поверхность, благодаря их низкому удельному весу). В результате образуется слой пены 26, содержащий сфлотированные примеси, который удаляется известным способом через отводные патрубки 13. Чистая вода опускается ко дну резервуара 1, где отводится через отводной патрубок 12. Отбойник 5 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз к патрубку 12 резервуара 1. Далее жидкость после первой стадии очистки подается по трубопроводу 21 к распределителю-нагревателю 20 дополнительного резервуара 8. Здесь очищаемые воды проходят по теплообменнику и нагреваются теплотой, переносимой рабочим агентом от системы охлаждения энергоустановок (например, двигателей внутреннего сгорания). Кипение воды достигается при температуре, меньшей 100°С, которая тем ниже, чем выше уровень вакуума, поддерживаемый в дополнительном резервуаре 8, например, при давлении 0,03 МПа температура кипения составит 67°С, а при давлении 0,05 МПа температура кипения составит 80°С. Это обеспечивает, в свою очередь, прогрев и барботирование (образующимися пузырьками пара) объема вод, находящегося в полости распределителя-нагревателя 20. Одновременно испаряются и вещества с температурой кипения ниже 100°С, растворенные в воде. Далее термически обработанные воды выпускаются в полость флотирующего отсека 10.

Поскольку давление в объеме флотирующего отсека 10 оказывается меньшим давления воздуха, растворенного в подаваемой воде (которое составляет не менее 0,1 МПа), происходит бурное аэрирование подаваемой воды, вследствие уменьшения коэффициента растворимости, большим количеством мелких воздушных пузырьков (а именно, воздуха, растворенного в воде), средние размеры которых многократно меньше средних размеров воздушных пузырьков, выделявшихся на первой стадии очистки, число которых в единице объема существенно больше и которые распределены равномерно. Кроме того, идет интенсивное перемешивание объема воды за счет барботирования пузырьками пара. В этих условиях происходит интенсивная флотация частичек нефтепродуктов, оставшихся после первой стадии очистки, с образованием агрегатов частица-пузырек, которые всплывают на поверхность, благодаря их низкому удельному весу. В результате на поверхности дополнительного резервуара 8 образуется слой пены 26, содержащий сфлотированные примеси, который периодически удаляется известным способом через отводные патрубки 14. Пары нефтепродуктов и воды удаляются через воздушный патрубок 19 дополнительного резервуара 8 в процессе работы вакуум-насоса, после чего они известным образом отделяются от воздуха и разделяются друг от друга (либо сбрасываются в нефтесодержащие воды, подлежащие очистке). Очищенная вода, как более плотная среда, увлекается вниз ко дну дополнительного резервуара 8, при этом вертикальная отбойная перегородка 9 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз к патрубку 15 резервуара 8. Для периодической очистки дна резервуаров 1, 8 и отбойника 5 от накапливающегося шлама используют дренажные патрубки 16.

Коэффициент аэрации в предлагаемом способе в результате создания благоприятных условий для насыщения очищаемой жидкости воздухом составляет 10-12. Конечная степень очистки воды, обрабатываемой в предлагаемом способе, достигает 99%, что указывает на целесообразность применения предлагаемого способа.

1. Способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий их подачу в резервуар через зону насыщения воды воздухом, для чего нефтесодержащие сточные воды подают струей под давлением, через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, с последующей флотационной очисткой воды от примесей, при атмосферном давлении в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом, отличающийся тем, что после флотационной очистки воды от примесей при атмосферном давлении очищенные воды подвергают повторной флотационной очистке от примесей при давлении, меньшем атмосферного, в зоне, изолированной от зоны предшествующей флотационной очистки воды от примесей, кроме того, на этой стадии очищаемые воды нагревают до температуры, близкой к температуре кипения с одновременным удалением образовавшегося выпара.

2. Способ очистки нефтесодержащих сточных вод по п.1, отличающийся тем, что в водовоздушную струю, сформированную в объеме вод, примыкающем к зоне их насыщения воздухом, дополнительно эжектируют воздух из зоны насыщения сточных вод воздухом.