СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2000 года по МПК C02F1/463 C02F1/40 

Изобретение относится к технологии очистки воды и может быть использовано при очистке промышленных стоков от нефтепродуктов и поверхностно-активных веществ.

Известен способ очистки нефтесодержащей воды путем насыщения воздухом, электрокоагуляции, сбора сфлотированного шлама и фильтрования (авт. свид. СССР N 1807010, Мкл. C 02 F 1/46, 1990 г.).

Известен также способ очистки нефтесодержащих сточных вод путем отстаивания с последующим озонированием и отделением образовавшихся окислов с помощью фильтрования (патент США N 5326460, C 02 F 1/78, 1995 г.).

Недостатком указанных способов является низкая степень очистки воды, малая производительность процесса очистки и ограничение, как по исходной концентрации примесей, так и по составу удаляемых примесей.

Известен способ очистки сточных вод путем осветления стока электрокоагуляцией с последующим пропусканием воды через сорбент из шунгита (патент РФ N 2060959, C 02 F 1/463, 1993 г.).

Недостатком этого способа является то, что скорости процесса осветления лимитируются скоростью сорбции на шунгите, а это приводит к снижению производительности процесса очистки. Кроме того, требуется частая замена шунгита при остановке процесса очистки и возможно вторичное загрязнение воды самим шунтингом, насыщенным нефтепродуктами.

Наиболее близким к заявленному по технологической сущности является способ очистки маслоэмульсионных сточных вод, включающих электрокоагуляцию, электрофлотацию, удаление пенного слоя под вакуумом при давлении 0,08 - 0,09 МПа и отстаивание очищенной воды (авт. св. N 1328302, C 02 F 1/46, 18.03.1986 г.).

Недостатком этого способа является низкая эффективность процесса очистки сточных вод, поскольку вакуум в основном обеспечивает только стабилизацию пенного слоя, а удаление масляной фазы происходит путем расслаивания в отстойнике, что крайне затруднено для мелкодисперсной масляной фазы с плотностью частиц близкой к плотности воды. Незначительные отклонения давления приводят к существенному снижению эффекта стабилизации пенного слоя и его разрушению с вторичным загрязнением очищенной воды.

Целью предлагаемого способа является расширение сферы применения прототипа к очистке нефтесодержащих сточных вод от растворимых углеводородов. Решаемая при этом техническая задача состоит в получении осветленной воды с последующей ее обработкой в ИК-спектре.

Решение указанной задачи заключается в том, что в способе, включающем операцию электрокоагуляции сточных вод под вакуумом с последующим озонированием, перед озонированием проводят сепарацию воды в ИК-спектре с мощностью 0,1 - 10,0 кВт/м³ при давлении 2 - 7 кПа.

Причинно следственная связь между внесенными изменениями и достигаемым положительным эффектом заключается в следующем.

При проведении сепарации нефтезагрязненных сточных вод, содержащих растворенные углеводороды, в ИК - спектре при давлении 2 - 70 кПа происходит выделение углеводородов с образованием оптически неоднородной жидкости (эмульсии), состоящей из основной фазы (воды) и мелкодисперсной гетерогенной фазы (капель углеводородов) с существенно различными коэффициентами поглощения излучения ИК-спектра. Мелкодисперсная фаза углеводородов интенсивно нагревается за счет поглощения энергии излучения ИК - спектра с последующим перегревом воды в вакууме до образования паровой фазы на межфазной границе вода - углеводороды вокруг частиц углеводородов, что приводит к увеличению скорости флотационного выделения нефтепродуктов в удаляемый слой пены.

При этом в воде остаются углеводороды, обладающие высокой степенью растворимости, удаление которых более эффективно достигается последующим озонированием, т.к. резко повышается растворимость озона в воде после вакуумной обработки ее в ИК-спектре.

Процесс сепарации воды в ИК-спектре при удельной мощности излучения менее 0,1 кВт/м³ не обеспечивает нагрев частиц углеводородов до образования паровой фазы воды на межфазной границе и увеличение скорости флотационного выделения нефтепродуктов при давлении ниже 2 кПа.

Процесс сепарации воды в ИК-спектре при удельной мощности излучения более 10,0 кВт/м³ носит взрывной характер, характеризующийся большими перегревами, как нефтепродуктов, так и основной фазы (воды) при давлении выше 70 кПа и теряется смысл вакуумной сепарации в ИК-спектре, т.к. при последующей конденсации вновь образуется вода, содержащая растворенные углеводороды.

При давлении над поверхностью воды ниже 2 кПа происходит интенсивное парообразование воды, содержащей мелкодисперсную фракцию нерастворимых углеводородов (парафиновая группа). При незначительных перегревах не обеспечиваются условия формирования эмульсии в воде из растворимых углеводородов и как следствие снижается степень очистки от нефтепродуктов. Кроме того, требуется применение водяных насосов большой мощности, что экономически нецелесообразно.

При давлении над поверхностью воды с нефтепродуктами выше 70 кПа образование оптически неоднородной жидкости и формирование эмульсии из раствора, содержащего растворимые углеводороды затруднен, т.к. остаточное давление в газовой фазе паров углеводородов выше необходимого для выделения мелкодисперсной гетерогенной фазы углеводородов и воздействие излучения ИК-спектра на воду с нефтепродуктами не обеспечивает условий сепарации с последующим флотационным выделением в удаляемый слой пены. Степень очистки воды от нефтепродуктов незначительна, т. к. процесс удаления растворимых в воде углеводородов (автоматические) затруднен.

В качестве источника излучения ИК - спектра предлагается использовать кварцевые термоизлучатели КГТ, которые формируют лучистый поток в ближней области инфракрасного спектра, способный воздействовать селективно на жидкости с различным коэффициентом поглощения.

Для сравнительного анализа достижения положительного эффекта предлагаемого способа и известного способа (прототип) были проведены испытания процесса очистки нефтезагрязненных сточных вод в адекватных условиях работы установки режимов обработки.

Предлагаемый способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Очистку нефтезагрязненных сточных вод производят на очистной установке производительностью 2 м³/ч в режиме слабозагрязненного стока и аварийной (сильнозагрязненной сток) ситуации. Загрязненную воду их приемной емкости подают в электрокоагулятор вакуумным насосом. Электрокоагулятор представляет собой герметичную вакуумплотную емкость с установленными в ней электродами. Операцию электрокоагуляции проводят при токе нагрузке 30 А и напряжении - 24 В под вакуумом, характеризуемым абсолютным давлением над поверхностью воды 30 кПа. После электрокоагуляции проводят анализ воды и подают воду в вакуумный герметичный реактор с кварцевыми термоизлучателями (10 штук кварцевых галогенных термоизлучателей КГТ 220 - 2000 - 1 при рабочем токе 3 - 30 А и напряжении 80 - 220 В). Операцию сепарации воды от нефтепродуктов проводят при давлении 30 кПа и изменении удельной мощности ИК-спектра от 0,1 до 10,0 кВт/м³. Изменение удельной мощности излучения в указанных пределах осуществляют регулированием величины тока и напряжения на каждом из термоизлучателей, количеством включенных термоизлучателей и расходом осветленной воды. Анализ воды на содержание нефтепродуктов проводят после сепарации в ИК-спектре и сорбции на сорбенте (прототип) для определения степени очистки и стабилизации состава очищенной воды. Результаты сравнительных испытаний влияния удельной мощности излучения ИК-спектра приведены в табл.1. Как видно из табл. 1, при существенной разнице в загрязнении сточных вод (слабо-сильнозагрязненные стоки) содержание нефтепродуктов в очищенной воде отличается незначительно, при этом наиболее высокая степень очистки до 0,06 мг/л и стабилизация состава очищенной воды достигается после сепарации в ИК-спектре. В известном способе при наличии сорбента по истечении 10 часов происходит вторичное загрязнение и содержание нефтепродуктов к 15 часам непрерывной обработки повышается за счет десорбции нефтепродуктов с поверхности сорбента. Как видно из табл. 1, оптимальным интервалом удельной мощности излечения ИК-спектра является диапазон от 0,1 до 10 кВт/м³, обеспечивающий очистку стоков обоих типов от 0,06 до 0,12 мг/л, а в известном от 0,10 до 0,90 мг/л.

При запредельных значениях удельной мощности (менее 0,1 кВт/м³ и более 10,5 кВт/м³) степень очистки сточных вод снижается.

Пример 2. Результаты сравнительных испытаний влияния давления над поверхностью воды при сепарации в ИК - спектре приведены в табл.2. Очистку нефтезагрязненных сточных вод проводят как и в примере 1 при удельной мощности излучения 5,0 кВт/м³ и диапазоне давления от 1 до 71 кПа. Как видно из табл. 2, оптимальным диапазоном при сепарации в ИК-спектре является давление в пределах 2 - 70 кПа, обеспечивающее очистку сточных вод до конечной концентрации нефтепродуктов 0,06 мг/л. При значениях давления менее 2 кПа и более 70 кПа степень очистки существенно снижается.

Пример 3. Осветленные сточные воды после сепарации в ИК-спектре (предлагаемый) и пропускании через сорбент (известный) подвергают дополнительной очистке озонированием в колонне при адекватных условиях. Озоногазовую смесь диспергируют и подают в нижнюю часть колонны в виде пузырьков диаметром 1 - 3 мм в режиме противотока. Расход озоновоздушной смеси регулируют вентилем и поддерживают содержание озона на выходе из колонны 3 г/м³.

Результаты сравнительных испытаний проведены в табл. 3. Как видно из таблицы, дополнительная операция озонирования в составе предлагаемого способа повышает степень очистки сточных вод до содержания нефтепродуктов 0,05 мг/л против 0,12 - 0,13 мг/л для известного способа (прототип).

Из приведенных примеров видно, что использование предлагаемого способа позволяет проводить очистку от нефтепродуктов нефтезагрязненных сточных вод до содержания 0,05 мг/л при непрерывной эксплуатации установки в течение времени не менее 15 часов, при этом достигаются стабильные свойства очищенной воды при изменении удельной мощности от 0,1 до 10,0 кВт/м³ и давлении над поверхностью воды от 2 до 70 кПа.

Использование известного способа обеспечивает снижение содержания нефтепродуктов в сточных водах до 0,12 - 0,13 мг/л, что в 2,5 раза выше, чем в предлагаемом. После непрерывной эксплуатации установки в течение 10 часов происходит вторичное загрязнение, что снижает степень очистной установки при использовании сорбента.

Заявленный способ очистки нефтесодержащих сточных вод с введением операции по сепарации воды в ИК-спектре имеет изобретательский уровень, т.к. для специалистов явным образом не следует из уровня техники.

Заявленный способ имеет промышленное применение, поскольку может быть использован в различных отраслях при очистке промышленных сточных и бытовых вод, а также вод грунтовых и подземных горизонтов.

Изобретение относится к технологии очистки воды и может быть использовано при очистке промышленных стоков от нефтепродуктов и поверхностно-активных веществ. Сточные воды подвергают электрокоагуляции под вакуумом, после чего проводят операцию сепарации воды в ИК-спектре с удельной мощностью нагрева 0,1-10,0 кВт/м³ при давлении 2-70 кПа. Технический результат - повышение степени очистки и стабилизации состава очищенной воды. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Способ очистки нефтезагрязненных сточных вод, включающий электрокоагуляцию под вакуумом, отличающийся тем, что после электрокоагуляции воду подвергают сепарации в ИК-спектре с удельной мощностью нагрева 0,1-10,0 кВт/м³ и при давлении 2-70 кПа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после сепарации воду дополнительно озонируют.