СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2008 года по МПК C02F1/48 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к процессам очистки нефтесодержащих сточных вод, и может быть использовано для глубокой очистки сточных вод до требований ПДК.

Известен способ очистки сточных вод от эмульгированных масел, заключающийся в обработке сточных вод смесью солей хлорного железа (III) и сульфата железа (II) с последующим разделением фаз, причем смесь растворов хлорного железа (III) и сульфата железа (II) предварительно намагничивается на магнитном устройстве до 25 А/м (патент №2232134). Данный способ не обеспечивает достаточно эффективную очистку сточных вод, кроме того предусматривает значительные затраты на реагенты.

Известен также способ очистки сточных вод от нефтепродуктов, согласно которому воду пропускают через устройство с попарно установленными постоянными магнитами, обеспечивающими последовательное воздействие разноименных полюсов на воду при уровне магнитной индукции в зазоре 0,32-0,82 Тл, затем фильтруют через несколько слоев базальтового волокна, чередующихся со слоями адсорбента - высокоактивного оксида алюминия (патент №2168466). Недостатком данного способа является недостаточная степень очистки воды от нефтепродуктов, требующая увеличения количества ступеней очистки. Кроме того, применение сорбента имеет ограниченный срок службы. Утилизация собранного сорбентом нефтепродукта сжиганием ведет к выбросу в атмосферу особо токсичных веществ.

Наиболее близким к заявляемому является способ разделения водонефтяной эмульсии (патент №2286195), включающий нагрев эмульсии и смешение с углеводородом, содержащим стабилизированные магнитные частицы, после чего смесь разделяют на водную фазу и углеводородную.

Недостатком этого способа является использование в качестве углеводорода бензола и толуола, которые, как известно, обладают токсическими свойствами, ухудшают экологическую обстановку и запрещены при использовании в промышленных условиях. Кроме того, использование большого разбавления углеводородными фракциями приводит к неоправданному выбросу значительного количества жидкости, содержащей вредные вещества, обеспечивает недостаточную степень извлечения продукта.

Задачей изобретения является разработка экологически безопасного способа очистки нефтесодержащих сточных вод с любой концентрацией нефтепродуктов.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в улучшении очистки нефтесодержащих сточных вод, повышении степени извлечения нефтепродуктов, улучшении экологической обстановки

Это достигается тем, что в способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий смешивание нефтесодержащих сточных вод с магнитной жидкостью, содержащей углеводородную фракцию со стабилизированными магнитными частицами, и разделение смеси, процесс смешивания проводят при соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, равном (0,0005-0,001):1, разделение полученной смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 9-14 кА/м на очищенную воду и смесь, включающую магнитную жидкость и омагниченные нефтепродукты. Кроме того, смешивание проводят в течение 20-25 мин.

В процессе очистки сточных вод от нефтепродуктов предложенным способом используют силовое взаимодействие однородного магнитного поля и магнитной жидкости, обладающей высокой стабильностью и хорошей намагниченностью насыщения, что позволило использовать ее для очистки вод. В загрязненную воду добавляют магнитную жидкость, основа которой родственна загрязнениям (керосиновая основа). После интенсивного перемешивания смеси капельки магнитной жидкости растворяются в нефтезагрязнениях, которые становятся слабомагнитными. Полученную эмульсию пропускают через область однородного магнитного поля, которое интенсифицирует процесс вытеснения омагниченных нефтепродуктов, и извлекают магнитные капли, снижая таким образом содержание нефтепродуктов в воде и повышая качество очистки смеси. Намагниченность насыщения омагниченных нефтепродуктов составляет 3-5 кА/м.

В процессе испытаний определено соотношение магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, как (0,0005-0,001):1. При значительном количестве магнитной жидкости нефтепродукты извлекаются неэффективно, независимо от времени контакта с магнитной жидкостью. Кроме того, достаточно сильное взаимодействие магнитной жидкости и нефтепродукта ведет к потере и перерасходу магнитной жидкости. При меньшем соотношении, напротив, нет достаточного притяжения между частицами, что ведет к неполному извлечению нефтепродукта из сточных вод.

Экспериментально установлена зависимость содержания нефтепродуктов в очищаемой воде от времени взаимодействия с магнитной жидкостью (фиг.1), где 1 - соотношение количества нефтепродуктов в сточной воде и магнитной жидкости, равное 1:0,001; 2 - соотношение количества нефтепродуктов в сточной воде и магнитной жидкости, равное 1:0,0005. Из графика видно, что наиболее эффективно процесс протекает первые 20-25 минут, а дальнейшее увеличение времени контакта при смешивании не оказывает существенного влияния на степень извлечения углеводородов.

Проведенные исследования определили зависимость концентрации нефтепродуктов в сточных водах от напряженности магнитного поля магнитного сепаратора и позволили установить диапазон величины напряженности магнитного поля, обеспечивающей достижение остаточной концентрации нефтепродуктов 0,1 мг/дм³. На фиг.2 представлена зависимость содержания нефтепродуктов (С) в (при соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, равном 0,001:1) от величины напряженности магнитного поля (Н). Содержание нефтепродуктов определялось на ИК-спектрофотометре "Specord M-80". Результаты эксперимента показали, что напряженность поля следует поддерживать в диапазоне 9-14 кА/м.

На фиг.3 представлена схема лабораторной установки по очистке воды от нефтепродуктов с помощью магнитной жидкости. Предложенная установка состоит из емкости 1 для магнитной жидкости, емкости 2 для загрязненной нефтепродуктами воды, дозаторов 3, смесителя 4, магнитного сепаратора 5, включающего электромагнит со стеклянной трубкой и выпрямитель, приемника 6 для очищенной воды и приемника 7 для извлеченного осадка.

Установка работает следующим образом. Загрязненная вода после анализа на содержание нефтепродуктов из емкости 2 через дозатор 3 поступает в смеситель 4. Сюда же из емкости 1 дозатором 3 через специальное распылительное устройство подается магнитная жидкость в требуемом количестве в зависимости от ее магнитных характеристик. После интенсивного перемешивания по стеклянной трубке вода вместе с магнитной жидкостью проходит через электромагнит магнитного сепаратора 5. Очищенная вода поступает в сборник для чистой воды 6, а осадок, представляющий собой смесь магнитной жидкости и омагниченных нефтепродуктов, поступает в продуктосборник 7.

Эффективность предлагаемого способа иллюстрируется нижеследующими примерами.

Примеры конкретного выполнения (результаты представлены в таблице)

Пример 1. Загрязненная вода (начальная концентрация нефтепродуктов составляет 50 мг/дм³) через дозатор поступает в смеситель. Сюда же из дозатора через специальное распылительное устройство подается магнитная жидкость с высокими магнитными характеристиками (объемная доля магнетита более 5%) при соотношении нефтепродукт: магнитная жидкость как 1:0,0005. Тщательно перемешивают в течение 20 минут, после чего смесь пропускают через электромагнит магнитного сепаратора с напряженностью магнитного поля 9 кА/м. Очищенная вода поступает в сборник для чистой воды, а осадок, представляющий собой смесь магнитной жидкости и омагниченных нефтепродуктов, поступает в продуктосборник. В результате чего содержание нефтепродуктов в сточных водах снизилось до 0,1 мг/дм³, что соответствует нормам ПДК.

Потери магнитной жидкости при очистке нефтесодержащих сточных вод составляют от 3 до 6%. Намагниченность насыщения в процессе многократного использования магнитной жидкости снижается после пятикратного применения для очистки нефтесодержащих сточных вод. Однако ее можно доводить до исходного уровня, добавляя магнетит. Глубину очистки можно повысить, усиливая напряженность магнитного поля.

Пример 2. Процесс протекает аналогично. Причем подается магнитная жидкость с высокими магнитными характеристиками (объемная доля магнетита более 5%) в соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, как 0,0005:1. Время смешивания 20 мин. Разделение смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 11 кА/м. При этом содержание нефтепродуктов снижается до 0,05 мг/дм³, что соответствует нормам ПДК по сбросу в прудовые воды.

Пример 3. Процесс протекает аналогично. Причем подается магнитная жидкость с высокими магнитными характеристиками (объемная доля магнетита более 5%) в соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, как 0,0005:1. Время смешивания 25 мин. Разделение смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 14 кА/м. При этом содержание нефтепродуктов снижается до 0,05 мг/дм³, что соответствует нормам ПДК по сбросу в прудовые воды.

Пример 4. Процесс протекает аналогично. Причем подается магнитная жидкость со средними магнитными характеристиками (объемная доля магнетита 3,6-5%) при соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, как 0,0007:1. Время смешивания 20 мин. Разделение смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 9 кА/м. При этом содержание нефтепродуктов снижается до 0,05 мг/дм³, что соответствует нормам ПДК по сбросу в прудовые воды.

Пример 5. Процесс протекает аналогично. Причем подается магнитная жидкость со средними магнитными характеристиками (объемная доля магнетита 3,6-5%) при соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, как 0,0007:1. Время смешивания 22 мин. Разделение смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 11 кА/м. При этом содержание нефтепродуктов снижается до 0,05 мг/дм³, что соответствует нормам ПДК по сбросу в прудовые воды.

Пример 6. Процесс протекает аналогично. Причем подается магнитная жидкость со средними магнитными характеристиками (объемная доля магнетита 3,6-5%) при соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, как 0,0007:1. Время смешивания 25 мин. Разделение смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 14 кА/м. При этом содержание нефтепродуктов снижается до 0,05 мг/дм³, что соответствует нормам ПДК по сбросу в прудовые воды.

Пример 7. Процесс протекает аналогично. Причем подается магнитная жидкость с низкими магнитными характеристиками (объемная доля магнетита менее 3,6%) при соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, как 0,001:1. Время смешивания 20 мин. Разделение смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 9 кА/м. При этом содержание нефтепродуктов снижается до 0,05 мг/дм³, что соответствует нормам ПДК по сбросу в прудовые воды.

Пример 8. Процесс протекает аналогично. Причем подается магнитная жидкость с низкими магнитными характеристиками (объемная доля магнетита менее 3,6%) при соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, как 0,001:1. Время смешивания 22 мин. Разделение смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 11 кА/м. При этом содержание нефтепродуктов снижается до 0,05 мг/дм³, что соответствует нормам ПДК по сбросу в прудовые воды.

Пример 9. Процесс протекает аналогично. Причем подается магнитная жидкость с низкими магнитными характеристиками (объемная доля магнетита менее 3,6%) при соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, как 0,001:1. Время смешивания 25 мин. Разделение смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 14 кА/м. При этом содержание нефтепродуктов снижается до 0,05 мг/дм³, что соответствует нормам ПДК по сбросу в прудовые воды.

Таблица.Способ, выполненный по примеруСоотношение магнитной жидкости и нефтепродуктаВремя смешивания, минНапряженность магнитного поля, кА/мОстаточная концентрация нефтепродукта в воде, %12345Пример 10,0005:12090,1Пример 20,0005:122110,05Пример 30,0005:125140,05Пример 40,0007:12090,05Пример 50,0007:122110,05Пример 60,0007:125140,05Пример 70,001:12090,05Пример 80,001:123110,05Пример 90,001:125140,05

По способу, заявленному в прототипе, остаточная концентрация нефтепродукта в воде согласно исследованиям составляет не менее 0,7% при большом расходе магнитной жидкости.

Проведенные исследования по очистке загрязненной нефтепродуктами воды, выполненные при различных концентрациях исходных загрязнений и при разном расходе магнитной жидкости, показали, что предложенный способ очистки нефтесодержащих сточных вод позволяет снизить содержание нефтепродуктов менее 0,1 мг/дм³, что соответствует требованиям ПДК, при любом содержании загрязнений, тем самым улучшить экологическую обстановку.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к процессам очистки нефтесодержащих сточных вод, и может быть использовано для глубокой очистки сточных вод до требований ПДК. Способ включает смешивание нефтесодержащих сточных вод с магнитной жидкостью, содержащей углеводородную фракцию со стабилизированными магнитными частицами, и разделение смеси. Процесс смешивания проводят при соотношении магнитная жидкость: нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, равном (0,0005-0,001):1. Разделение полученной смеси на очищенную воду и смесь, включающую магнитную жидкость и омагниченные нефтепродукты, осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 9-14 кА/м. Кроме того, смешивание проводят в течение 20-25 мин. Технический результат заключается в улучшении очистки нефтесодержащих сточных вод, повышении степени извлечения нефтепродуктов, улучшении экологической обстановки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий смешивание нефтесодержащих сточных вод с магнитной жидкостью, содержащей углеводородную фракцию со стабилизированными магнитными частицами, и разделение смеси, отличающийся тем, что процесс смешивания проводят при соотношении магнитная жидкость:нефтепродукт, содержащийся в сточных водах, равном (0,0005-0,001):1, а разделение смеси осуществляют на магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 9-14 кА/м на очищенную воду и смесь, включающую магнитную жидкость и омагниченные нефтепродукты.2. Способ очистки нефтесодержащих сточных вод по п.1, отличающийся тем, что смешивание проводят в течение 20-25 мин.