Способ очистки сточных вод от фенолов и нефтепродуктов
Владельцы патента RU 2543185:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Способ очистки сточных вод от фенолов и нефтепродуктов может найти применение для очистки различных вод, в том числе сточных вод нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Основными операциями способа являются введение в исходную очищаемую воду коагулянта, флотация, создание водогазовой смеси, обработка высоковольтными импульсными разрядами, доокисление фенолов и нефтепродуктов. Последней операцией является доочистка на песчано-угольных фильтрах. Для обработки воды используют квазиобъемные разряды, которые подают с частотой 400-1000 имп./с периодически пачками при соотношении длительности пачки импульсов к периоду повторения пачек 0,1-0,5, что повышает эффективность способа, снижает энергозатраты. 3 ил., 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к способам водоочистки с обработкой очищаемой воды высоковольтными импульсными разрядами и может найти применение для очистки сточных вод от фенолов и нефтепродуктов.
Известен способ очистки промышленных сточных вод от органических веществ [SU №389030, М.кл.2 С02С 5/00, опубл. 25.06.1977, Бюл. №23] путем воздействия на эти воды импульсными электрическими разрядами, осуществляемыми в газопаровой фазе, которая содержит кислород за счет подачи кислородосодержащего газа в зону разряда через полые электроды.
Основным недостатком этого способа является низкая степень очистки, так, после операции обработки воды электрическими импульсными разрядами концентрация фенола составляет 3,0 мг/дм3, а нефтепродуктов 1,2 мг/дм3 при удельных энергозатратах 2,0 кДж/дм3, а при использовании предложенного способа после такой операции концентрация фенола - 3,0 мг/дм3, а нефтепродуктов всего 0,24 мг/дм3 при удельных энергозатратах 1,4 кДж/дм3.
Частично устранить эти недостатки позволяет выбранный за прототип способ очистки сточных вод нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств от растворенных фенолов и нефтепродуктов путем обработки импульсными высоковольтными разрядами с одновременной подачей в межэлектродное пространство диспергированного воздуха через полый заземленный электрод реактора, при этом используют разряды с удельной энергией 7÷15 кДж/дм3, после чего сточные воды подвергают флотации, биологической очистке и сорбции на песчано-угольных фильтрах, а перед обработкой разрядами в сточные воды дозируют реагент-коагулятор [RU №2099290, МПК6 С02F1/48, опубл. 20.12.1997].
Основными недостатками этого способа являются сравнительно низкая степень очистки сточных вод на конечной стадии от фенола и высокие энергозатраты.
Основными техническими результатами предложенного способа являются повышение степени очистки сточных вод после выполнения последней операции (доочистки на песчано-угольных фильтрах) на 30% и снижение оптимальных удельных энергозатрат в 1,8 раза. Дополнительным техническим результатом является то, что после обработки воды высоковольтными импульсными разрядами концентрация нефтепродуктов в воде в 4 раза ниже, чем при использовании способа-прототипа, что существенно снижает нагрузку на песчано-угольные фильтры, соответственно увеличивая срок службы этих фильтров.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки сточных вод от фенолов и нефтепродуктов, включающем введение в сточные воды коагулянта, обработку высоковольтными импульсными разрядами и доочистку на песчано-угольных фильтрах, а также флотацию, согласно предложенному решению перед обработкой воды высоковольтными импульсными разрядами осуществляют флотацию и создают водогазовую смесь путем диспергирования воды в воздухе, а после обработки водогазовой смеси разрядами перед доочисткой на песчано-угольных фильтрах воду выдерживают для доокисления фенолов и нефтепродуктов, причем для обработки воды используют квазиобъемные разряды, которые подают с частотой 400-1000 имп./с периодически пачками при соотношении длительности пачки импульсов к периоду повторения пачек 0,1-0,5.
Пример конкретного выполнения предложенного способа проиллюстрирован тремя чертежами. На фиг.1 представлена электроразрядная установка, используемая в способе для обработки воды высоковольтными импульсными разрядами, на фиг. 2 показана пооперационная схема предложенного способа, на фиг. 3 приведена осциллограмма, полученная с помощью осциллографа Tektronix TDS2014, дополненная размерностью осей координат, на которой показаны t - длительность пачки импульсов, а также T - период повторения пачек импульсов. Из-за большой частоты следования и малой длительности импульсы в пачках на фиг. 3 сливаются в сплошные прямоугольники. Основные результаты, полученные при реализации способа, сведены в приведенные ниже таблицы. Материалы таблицы 1 показывают зависимость концентрации фенолов и нефтепродуктов в сточных водах от частоты (t/T=0,2), материалы таблицы 2 - зависимость концентрации в сточных водах фенолов и нефтепродуктов от соотношения t/T (при частоте 800 имп./с) без доочистки на песчано-угольных фильтрах.
Основным элементом электроразрядной установки, приведенной на фиг. 1, является реактор 1, внутри которого размещена электродная система 2, электроды (на фиг. 1 не показаны) которой подключены к источнику импульсов высокого напряжения 3. В верхней части реактора 1 установлен узел создания водогазовой смеси 4. Реактор 1 расположен на баке 5, предназначенном для доокисления фенолов и нефтепродуктов.
Предложенный способ осуществляется в соответствии со схемой, приведенной на фиг.2, с использованием электроразрядной установки (фиг.1). В исходную (загрязненную) воду, концентрация нефтепродуктов и фенола в которой соответствует прототипу, вводят коагулянт (оксихлорид алюминия) в количестве 35 мг/дм3. С учетом того, что производительность установки составляет 1 м3/ч, расход оксихлорида алюминия равен 35 г/ч. Затем вода, в которую введен коагулянт, проходит стадию флотации, после чего она подается на вход узла создания водогазовой смеси 4. Водогазовая смесь поступает в реактор 1, где проходит через электродную систему 2 при включенном источнике импульсов высокого напряжения 3, создающего в электродной системе квазиобъемные разряды с частотой 400-1000 имп./с периодически пачками при соотношении длительности пачки импульсов к периоду повторения пачек 0,1-0,5 (фиг. 3). В рассматриваемом примере длительность пачки t составляет 40 с, а период повторения пачек T - 100 с. Следует заметить, что период повторения пачек T необходимо определять экспериментально в зависимости от концентрации загрязняющих веществ в воде. В многочисленных опытах период повторения пачек составлял 1÷20 минут. Параметры каждого высоковольтного импульса следующие: амплитуда напряжения 18 кВ, длительность импульса 300 нс. Результаты, полученные после обработки воды высоковольтными импульсными разрядами и доокисления фенолов и нефтепродуктов в баке 5, представлены в табл.1 и 2. Последующей, завершающей операцией способа является доочистка воды на песчано-угольных фильтрах. Результаты этой операции приведены в табл.1, из которой следует, что вода, загрязненная нефтепродуктами и фенолом до такой же степени, до какой была загрязнена вода, очищаемая по способу-прототипу, предложенным способом может быть очищена на конечной стадии от нефтепродуктов до концентрации <0,05 мг/дм3 при погрешности измерения анализатором жидкости «Флюорат-02-3М» - 0,05 мг/дм3, т.е. как и по прототипу, а от фенола до концентрации 0,007 мг/дм3, т.е. на 30% лучше, чем по прототипу. Важно то, что оптимальные удельные энергозатраты предложенного способа составляют 5,6 кДж/дм3, что в 1,8 раза ниже, чем по способу-прототипу (10 кДж/дм3). Как следует из формулы изобретения прототипа и табл.1 описания предложенного изобретения, средние энергозатраты способа-прототипа 11 кДж/дм3, а предложенного способа 4,9 кДж/дм3, т.е. средние энергозатраты способа-прототипа выше в 2,2 раза.
Кроме того, после обработки воды высоковольтными импульсными разрядами предложенным способом она содержит нефтепродуктов 0,06-0,14 мг/дм3, т.е. предложенный способ очищает воду от нефтепродуктов лучше способа-прототипа в 4 раза. Это многократно снижает нагрузку на песчано-угольные фильтры, соответственно увеличивая ресурс их работы.
Применение квазиобъемных разрядов позволяет снизить до минимума эрозию электродов электродной системы 2 (фиг.1).
Способ очистки сточных вод от фенолов и нефтепродуктов, включающий введение в сточные воды коагулянта, обработку высоковольтными импульсными разрядами и доочистку на песчано-угольных фильтрах, а также флотацию, отличающийся тем, что перед обработкой воды высоковольтными импульсными разрядами осуществляют флотацию и создают водогазовую смесь путем диспергирования воды в воздухе, а после обработки водогазовой смеси разрядами перед доочисткой на песчано-угольных фильтрах воду выдерживают для доокисления фенолов и нефтепродуктов, причем для обработки воды используют квазиобъемные разряды, которые подают с частотой 400-1000 имп./с периодически пачками при соотношении длительности пачки импульсов к периоду повторения пачек 0,1-0,5.
