Способ очистки маслоэмульсионных сточных вод Советский патент 1993 года по МПК B01D61/14 

Изобретение относится к области очистки маслоэмульсионных сточных вод методом ультрафильттации и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, например в металлургической и машиностроительной, где масляные

1

эм ох/ жи

гльсии применяют в качестве смазочно- аждающих жидкостей, моющих и обез- эивающих средств.

Наиболее близким по технической сущ- и достигаемому результату к изобре- Tef ию является способ очистки стойких эм7льеионных сточных вод предприятий черной металлургии методом ультрафильтрации, включающим предварительную ме- ха(шческую очистку сточных вод при помощи фильтра, или метода напорной флотации, фильтрацию под давлением 0,2-0,4 МГ|а через ультрафильтры, возвращение

очищенной воды (фильтрата с ультрафильтров) для повторного использования, регенерацию выделенных маслопродуктов или сжигание концентрата эмульсии.

Недостатком известного способа является уменьшение удельной производительности мембран ультрафильтров в процессе циркуляции концентрата за счет увеличения его концентрации по масля ной фазе от 0,5-5 до 15-25%, так как увеличивается прохождение молекул эмульгатора через мембрану с ростом концентрации эм ульс йи и, как следствие, увеличивается содержание нефтепродуктов в фильтрате (пермеате). Так при изменении содержания масляной фазы в концентрате от 2 до 25% качество фильтрата ухудшается по веществам, экстрагируемым эфиром, от 80 до 160-240 мг/л, а по нефтепродуктам от 8-10 до 20-30 мг/л. КроVI

ю

S3

ч

N)

о

метого, увеличиваются затраты на дальнейшее обезвреживание концентрата методом сжигания за счет увеличения выхода концентрата по объему вследствие того, что дальнейшее повышение содержания масляной фазы в концентрате становится экономически нецелесообразным (чем ниже ее концентрация, тем больше объем). При этом увеличиваются габариты установки (необходимой для осуществления данного способа) за счет установки насосов и напорных баков, служащих для растворения флотирую- щего воздуха, используемого для предварительной очистки сточных вод методом напорной флотации.

Цель изобретения - повышение производительности за счет снижения концентрационной поляризации при ультрафильтрации. ...

Цель достигается тем, что в способе очистки маслоэмульсионных сточных вод, включающем подачу исходной эмульсии в сборник, фильтрацию ее через ультрафильтр, отвод.фияь трата и концентрата, рециркуляцию концентрата, согласно изобретению концентрат разделяют на два потока, один из которых подают через рециркуляционную линию на ультрафильтрацию, а другой - на сепарацию с разделением концентрата на масляную и осветленную фазы, масляную фазу отводят, а осветленную возвращают в сборник исходной эмульсии, при этом сёпарацию проводят методом напорной флотации, газ для которой вводят через эжектор перед ультра- фильтрацией.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что концентрат разделяют на два потока, один из которых подают через рециркуляционную линию на ультрафильтрацию, а другой - на сепарацию с разделением концентрата на масляную и осветленную фазы, масляную фазу отводят, а осветленную возвращают в сборник исходной эмульсии.

Другим отличием предлагаемого способа является то, что сепарацию проводят методом напорной флотации, газ для которой вводят через эжектор перед фильтрацией.

Проведение очистки маслоэмульсионных сточных вод с разделением концентрата на два потока позволяет провести концентрирование эмульсии до оптимальных (пониженных значений) в том потоке, который подают на ультрафильтрацию, а в том потоке, что подают на сепарацию - необходимую степень осветления концентрата от масляной фазы, что позволяет

приостановить рост концентраций при проведении ультрафильтрации вследствие уменьшения объема масляной фазы, получаемой в процессе сепарации.

Отвод всего объема концентрата, образовавшегося в результате ультрафильтрации, или части его в зависимости от свойств исходной эмульсии из ультрафильтрациоч- ного потока в сепарационный позволяет

обеспечить снижение концентрационной поляризации примембранного слоя, что недостижимо при очистке маслоэмульсионных сточных вод известными способами, и, как следствие, повысить среднюю за фильтроцикл производительность мембран ультра- Фильтров (за счет непрерывного выведения концентрата из ультрафильтрацйонного потока в сепарационный). Выделение в сепа- рацйонном потоке из концентрата

масляной фазы-обеспечивает поддержание постоянной концентрации отводимого концентрата, а это приводит к снижению явления концентрационной поляризации в ультрафильтрах.

Ввод осветленной фазы, полученной в результате сепарации, в исходную эмульсию обеспечивает ее многократную очистку в блоке ультрафильтров.

Снижение концентраций нефтепродуктов. и эмульгаторов перед ультрафильтрами позволяет уменьшить также и их содержание в фильтрате (пермеате), получаемом в результате процесса ультрафильтрации. В ведение газа через эжектор в циркуляционный насос обеспечивает его полное растворение.в эмульсии при ультрафильтрации и позволяет отказаться от напорных баков, которые необходимы для проведения процесса напорной флотации.

На чертеже представлена схема осуществления способа.

Схема содержит два контура, ультра- фильтрационный А и сепарационный Б. Контур А содержит циркуляционный насос 3 с

подключенным к нему эжектором 6, блок ультрафильтров 4, регулируемую заслонку 5. Контур Б содержит приемный бак 1, регулирующую заслонку 2, регулирующую заслонку 7, напорный флотатор 8 и

редуцирующую коноидальную насадку 9.

Способ по данной схеме осуществляется следующим образом.

Исходная эмульсия поступает в приемный бак 1 контура Б, откуда через регулирующую заслонку 2 попадает во всасывающий трубопровод циркуляционного насоса 3, осуществляющего циркуляцию эмульсии через блок ультрафильтров 4 и регулирующую заслонку 5, обеспечивающую необходимую величину циркуляционного расхода. К циркуля ционному насосу 3 подключен воздушный эжектор 6. через который во всасывающий трубопровод циркуляционного насоса 3 пбдсасывэется газ, составляющий до 3- 5% рт объема циркулируемой через насос жидкости. Газ при давлении 0,3-0,5 МПа, создаваемом циркуляционным насосом 3, растворяется в исходной эмульсии. В блоке ультрафильтров 4 происходит разделение исходной эмульсии на водную и масляную фазЬ|, т.е. разделение исходной эмульсии на концентрат и фильтрат (пермеат). При этом в концентрате увеличивается содержание масляной фазы за счет очистки фильтрата от масляной фазы. При этом растворенный газ свободно проходит через мембраны ультрафильтров вместе с фильтратом (пермеатом) и насыщает очищенную воду (фильтрат).

Полученный фильтрат используют для повторного приготовления свежей эмульсии . В зависимости от свойств исходной эмульсии весь концентрат, содержащий растворенный воздух, или часть его из контур з А через регулирующую заслонку 7 от- во/ится в-контур Б для разделения в напорном флотаторе 8. После прохождения ре цирующей коноидальной насадки 9 растворенный в концентрате газ за счет резкого снижения давления до атмосферного начинает выделяться в напорном флотаторе. При всплывании пузырьки газа захватывают с собой частицы масляной фазы, образуя на поверхности флотатора пену, котЬрую непрерывно удаляют или для по- .следующего ее обезвреживания, например, методом сжигания, или для последующей регенерации содержащихся в ней маслоп- родуктов, При этом осветленную часть концентрата отводят в приемный бак 1, где смешивают с исходной эмульсией для повторной ультрафильтрации в контуре А,

Цкхл повторяют до тех пор, пока скоро- сты фильтрования не снизится ниже расчетной. После этого проводят промывку мембран блока ультрафильтров 4 специальным раствором. Затем цикл фильтрации по- .втс|ряют.

Пример. Проведен эксперимент, согласно которому образуемая на эмульсо- ле НГЛ-205 отработанная эмульсия была подвергнута очистке известным и предлагаемым способами.

В отработанной эмульсии исходное содержание веществ, экстрагируемых эфиром, составляло в пределах 13-35 г/л (среднее 24 г/л), а по нефтепродуктам - в пределах 11,7-30,1 г/л (среднее 20,9 г/л).

Для осуществления эксперимента были созданы два контура А и Б, ультрафильтра- цирнный и сепэрационный.

В одном случае ультрдфильтрационный контур состоял из циркуляционного нлсоса, блока трубчатых ультрафильтратов БТУ- 05/2, оснащенных мембранами Ф-1, и регу- лирующей заслонки. Сепарационный контур содержал приемный бак, две регулирующие заслонки и сепарирующее устройство в виде тонкослойного отстойника.

В другом случае ультрафильтрацион0 ный контур состоял из циркуляционного насоса, снабженного эжектором для подами воздуха, блока трубчатых ультрафильтров БТУ-05/2, оснащенных мембранами Ф-1, и регулирующей заслонки. Сепарационный

5 контур содержал приемный бак, две регулирующие, заслонки, сепарирующее устройство в виде напорного флотатора и редуцирующую коноидальную насадку. При этом производительность ультра0 фильтров составляла 20-30 л/ч м2.

Вначале процесс ультрафильтрации осуществляли известным способом. Для этого предварительно провели очистку эмульсии в фильтрах, а затем ультрафильт5 рацию в блоке трубчатых ультрафильтров. В ходе эксперимента установлено, что производительность мембран в довольно короткий срок резко снизилась до недопустимой и концентрационная поляризация в мемб0 ранном слое выросла. При этом удельная производительность мембран ультрафильтратов снизилась до 45% от первоначальной. Это произошло за счет того, что получаемый в процессе разделения концентрат не выво5 дился из контура, а вновь смешивался с исходной эмульсией, которая поступала в блок ультрафильтров с еще большей концентрацией, особенно по масляной фазе. Содержание остаточных концентраций

0 нефтепродуктов в фильтрате (пермеате) составило 15-26 мг/л (среднее 20,5 мг/л), а по веществам, экстрагирующим эфиром - 100- 300 мг/л (среднее 200 мг/л). Объем концентрата, направляемого на сжигание,

5 составил 10% от объема исходной эмульсии. Предлагаемым способом процесс ультрафильтрации осуществляли по двум вариантам, в обоих вариантах процесс ультрафильтрации проводили в двух конту0 рах(ультрафильтрационном и концентрационном), но в первом варианте процесс сепарации осуществляли в тонкослойном отстойнике, а во втором варианте - методом напорной флотации.

5 По первому варианту исходная эмульсия из приемного бака через регулирующую заслонку, циркуляционный насос поступала вначале в блок трубчатых ультрафильтров со скоростью 3,5 м/с, при этом давление перед ультрафильтрами поддерживалось в пределах 0,3-0,5 МПа. В блоке трубчатых ультра- фильтрор происходило разделение исходной эмульсии на фильтрат (пермеат) и концентрат. Получаемый концентрат непрерывно выводился при помощи регулирующей заслонки в сепарационный контур для разделения в тонкослойном отстойнике на масляную и осветленную фазы. При этом наибольшая производительность и длительность фильтроцикла были получены в том случае, когда весь концентрат из ультра- фильтрационного контура выводился в сепарационный. Всплывающая в отстойнике масляная фаза непрерывно удалялась, а осветленная фаза отводилась в приемный бак, где вновь смешивалась с исходной эмульсией. При этом удельная производительность мембран уменьшилась не более чем на 25%. Содержание в фильтрате остаточных веществ, экстрагируемых эфиром, составило 100-200 мг/л (среднее 15 мг/л). Объем концентрата, направляемого на сжигание, составил 7% от объема исходной эмульсии.

По второму варианту исходная эмульсия из приемного бака через регулирующую заслонку и циркуляционный насос (через эжектор которого подсасывается в трубопровод атмосферный воздух, который затем растворяется в исходной эмульсии) поступала в блок трубчатых ультрафильтров со скоростью 3,5 м/с. Давление перед ультрафильтрами также поддерживалось в пределах 0,3-0,5 МПа. В блоке трубчатых ультрафильтров происходило разделение исходной эмульсии на фильтрат (пермеат) и концентрат. При этом концентрат непрерывно выводился при помощи регулирующей заслонки в сепарационный контур, в | отором после прохождения редуцирующей коноидальнрй насадки напорного флотатора происходило выделение воздуха, растворенного в концентрате. При этом выделяемый воздух флотировал в пену деэ- мульгированные частицы масляной фазы. Всплывающая с маслопродуктом пена непрерывно удалялась из флотатора, а осветленная фаза концентрата отводилась в приемный бак, где вновь смешивалась с исходной эмульсией для повторной ультрафильтрации. При этом наибольшая производительность и длительность фильтроцикла были достигнуты тогда, когда весь объем концентрата выводился из ультра- фильтрационного контура в сепарационный. При этом удельная производительность уменьшилась не более чем на 15%. Содержание в фильтрате остаточных веществ, экстрагируемых эфиром, составило 80-180 мг/л (среднее 130 мг/л), а по

нефтепродуктам - 5,3-15,0 мг/л (среднее 10 мг/л). Объем концентрата, направляемого на сжигание, составил 5% от объема исход ной эмульсии.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, средняя удельная скорость при производительность мембран по п.1 предлагаемого способа

0 превосходит производительность мембран в известном способе в 1,5 раза, а по п.2 - в 1,6 раза.

Кроме того, в результате испытаний установлено, что увеличение концентрации

5 циркулирующей эмульсии от 0,1 до 20% приводит к тому, что производительность мембран падает в 2,5-3 раза, а дальнейшее увеличение концентрации до 26% не оказывает существенного влияния на производи0 тельность.

При этом скорость фильтрации примерно равна 2 л/м2 ч. При увеличении концентрации в цйрку лируемой эмульсии до 30-50% загрязнений процесс ультрафиль5 трации прекращается. Таким образом. .. удельная скорость ультрафильтрации существенно зависит от величины концентрации загрязнений в эмульсии, циркулируемой в контуре.

0 Использование предлагаемого способа очистки маслоэмульсионных сточных вод обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: . ; . . : .

5 Повышается средняя за фильтроцикл производительность мембран ультрафильтров за счет снижения концентрационной поляризации примембранного слоя.

Уменьшается содержание концентра0 ций нефтепродуктов за счет снижения их конструкций перед ультрафильтрационной мембраной. Следовательно, повышается эффективность очистки маслоэмульсионных сточных вод.

5 Обеспечивается дополнительное использование энергии, содержащейся в жидкости в случае осуществления сепарации методом напорной флотации.

Уменьшаются площади, занимаемые

0 системой для очистки маслоэмульсионных сточных вод. в случае осуществления сепарации методом напорной флотации, за счет использования непосредственно емкости ультрафильтрационного контура, включая

5 ультрафильтры вместо напорных баков, необходимых для осуществления процесса флотации.

Кроме того, улучшается качество фильтрата (пермеата), получаемого в результате процесса ультрафильтрации, за счет насыщения фильтрата кислородом воздуха, вво- димо го в ультрафильтрационный контур через жектор для осуществления сепарации методом напорной флотации. В этом случае

растворенный воздух легко проникает через мембраны ультрафильтров в фильтрат и способствует дополнительному окислению легко окисляемых примесей сточных вод.

Ь о-р м ула изобретения

. Способ очистки маслоэмульсионных стошых вод, включающий подачу исходной эмульсии в сборник, фильтрацию ее через ульт эафильтр, отвод фильтрата и концентрата, рециркуляцию концентрата, о т л и ч а ю щ1 и и с я тем, что. с целью повышения производительности за счет снижения концентрационной поляризации при ультрафильтрации,-концентрат разделяют на два потока, один из которых подают через рециркуляционную линию на ультрафильтрацию, а второй - на сепарацию с разделением концентрата на масляную и осветленную фазы, масляную фазу отводят, а осветленную возвращают в сборник исходной эмульсии.

2. Способ по п;1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что сепарацию проводят методом напорной флотации, газ для которой вводят через эжектор перёд ультрафильтрацией.