Технологический комплекс для очистки вод от нефтепродуктов и

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОД ОТ
НЕФТЕПРОДУКТОВ И ДРУГИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Месяц С.П., Скороходов В.Ф., Остапенко С.П.
Горный институт Кольского научного центра РАН
В Горном институте Кольского научного центра Российской академии наук разработан
новый высокоэффективный способ очистки вод от нефтепродуктов, основанный на
синергетическом эффекте при концентрировании загрязнений в многофазной системе,
реализованный в технологическом комплексе. Интенсификация процесса очистки вод
достигается введением в рабочий объем комплекса активированных водных дисперсий
воздуха и модифицированного вермикулита за счет одновременной реализации в одном
объеме коагуляции, сорбции, пенной сепарации, флотации. Основой разработки
послужили результаты, достигнутые в двух первоначально не связанных областях
исследований: в изучении процессов формирования поверхностных свойств газовой фазы
во флотационной пульпе и
при создании физико-химические основ управления
процессом модификации вермикулита для получения нефтепоглощающих сорбентов с
заданными характеристиками.
Выполненные в течение последних 30 лет исследования по повышению эффективности
процессов извлечения ценных компонентов руд, представленных тонкодисперсными
частицами, и решению других задач, в частности, очистки сточных вод, позволили
разработать и создать флотационные аппараты различных конструкций. В отличие от
классической флотации, где для эффективного разделения минеральных компонентов
подвергают обработке реагентами минеральную поверхность, отводя газовым пузырькам
роль транспортирующего агента, в разработанном способе особое внимание уделяется
формированию поверхностных характеристик газовой фазы. Первоначальное насыщение
воздухом раствора поверхностно-активных реагентов гетерополярного строения при их
концентрации, равной или превышающей критическую концентрацию
мицеллообразования (ККМ), позволяет получить двухфазную систему, стабильную по
дисперсному составу газовой фазы, и при равных расходах воздуха получать большую ее
удельную поверхность, поскольку образуются пузырьки меньших размеров. Насыщение
раствора реагентов диспергированным газом в условиях ККМ позволяет увеличить
скорость адсорбционных процессов, подчиняющихся зависимости:
⎛ Г − Гt ⎞
dГ t
⎟⎟ − αГ t ,
= βC ⎜⎜ ∞
dt
Г
⎝
⎠
∞
где Г∞ - предельная величина адсорбции;
Гt - величина адсорбции, соответствующая времени t с момента
образования границы раздела фаз газ-жидкость при концентрации С;
α, β - коэффициенты;
Насыщение раствора реагентов диспергированным воздухом в условиях
ККМ
обеспечивает небольшое (секунды) время выдержки двухфазной системы, необходимое
для образования предельной (равновесной ) адсорбции. Последующая подача жидкой
фазы
в
двухфазную равновесную газожидкостную дисперсию способствует
стабилизации дисперсного состава смеси, удалению готовых активированных пузырьков
из зоны их образования, снижению коалесцентных явлений, предотвращению расслоения
жидкой и газовой фаз, созданию благоприятных условий для увеличения расхода
диспергируемого воздуха и, как следствие, увеличению удельной поверхности газовой
фазы.
В качестве стабилизатора дисперсности газовой фазы при подготовке активированной
водной дисперсии воздуха использован гидрофобизированный вермикулитовый сорбент.
Созданные в Горном институте способ и технология получения сорбента позволяют сохранить основные характеристики неорганической матрицы (способность к ионному обмену, прочность, термическую и химическую устойчивость) и одновременно придать
сорбенту повышенные сорбционные свойства в отношении органических соединений, в
частности – нефтепродуктов. За счет хорошо развитой удельной поверхности и высокой
пористости сорбент обладает значительной нефтеемкостью (в зависимости от вязкости
нефтепродуктов до 12 г/г), и при этом сохраняет ионообменные свойства, присущие
минеральной матрице. Сорбент обладает хорошей плавучестью, достаточно высокой
механической прочностью, устойчивостью к агрессивным средам. Способность сорбента
одновременно к ионному обмену и поглощению органических веществ позволяет
использовать его для удаления многокомпонентных загрязнений, что имеет
принципиальное значение при очистке сточных вод.
Уникальность
физико-химических
характеристик
гидрофобизированного
вермикулитового сорбента позволяет использовать его и в качестве нефтепоглощающего
сорбента, и в качестве агента, участвующего в формировании и регулировании
дисперсного состава газовой фазы, и в качестве стабилизатора дисперсного состава
активированной водной дисперсии воздуха за счет
уменьшения поверхностного
натяжения на границе раздела газ-жидкость и образования структурированого слоя на
границе раздела фаз.
Созданный в результате проведенных в институте исследований технологический
комплекс является принципиально новой наукоемкой уникальной продукцией и не имеет
зарубежных аналогов. Технологический комплекс способен обеспечить требуемую
степень очистки при любом уровне исходного загрязнения при малых эксплуатационных
затратах и низкой себестоимости очистки одного кубического метра воды (в 2-3 раза ниже
по сравнению с традиционными технологиями).
Технологический комплекс характеризуется следующими отличительными признаками:
− реализация
процессов
сорбции,
коагуляции,
флотации,
пенного
фракционирования в одной установке, что обеспечивает возможность получения
любой требуемой степени очистки,
− эффективность очистки воды не зависит от уровня ее загрязнения на входе,
− стабильность работы комплекса обеспечивается автономностью подготовки
активированной водной дисперсии
воздуха и последующей подачи ее во
флотационное отделение,
− в силу конструктивных особенностей комплекс надежен в эксплуатации,
− отсутствие движущихся частей определяет большой межремонтный период,
− возможно изготовление комплекса различных типоразмеров
и разной
3
производительности (от 50 до 300 м /час) в соответствии с требованиями заказчиков,
− обслуживание комплекса не требует больших трудовых и материальных затрат,
− комплекс легко управляем вследствие небольшого количества регулируемых
параметров.
В зависимости от степени загрязнения вод нефтепродуктами и требуемой эффективности
очистки технологический комплекс оснащается несколькими (до 3-х) автономными
секциями. Камерный продукт предыдущей секции является питанием последующей.
Хвостовая фракция последней секции является очищенной водой, а пенные продукты
после предварительного обезвоживания направляются на утилизацию.
Реализация созданного способа очистки вод от нефтепродуктов требует автономной
подготовки активированной водной дисперсии воздуха, и затем ввод ее в сепарационный
объем. Это обстоятельство предопределило
конструктивные особенности
технологического комплекса.
Каждая автономная секция технологического комплекса состоит из двух
камер:
подготовительной и сепарационной. Подготовительная камера представляет собой
емкость прямоугольного сечения, в нижней по глубине камерной зоне которой
расположен диспергатор воздуха. Сепарационная камера состоит из флотационного и
аэрационного узлов, разделенных перегородкой. Флотационный узел представляет собой
прямоточную емкость прямоугольного сечения, днищем которой является перегородка,
имеющая уклон в сторону разгрузки. Аэрационный узел предназначен для приготовления
активированной водной дисперсии воздуха и представляет собой емкость прямоугольного
сечения, оканчивающуюся в верхней части дугообразными каналами. В нижней части
узла расположен струйный диспергатор.
Технологический комплекс оснащен стандартным вспомогательным оборудованием:
компрессором воздуха, насосами для перекачки жидкостей, питателем для подачи
модифицированного вермикулита, контактными чанами.
Промышленные испытания технологического комплекса при очистке реальных сточных
вод предприятий показали возможность доведения содержания нефтепродуктов в
сбрасываемых водах до нормативного уровня. При этом степень очистки составляет 99,9
% независимо от начального уровня загрязнения. Данные об исходном загрязнении и
показателях очистки на примере очистки сточных вод автотранспортного предприятия
приведены в таблице.
Реализация в одном объеме коагуляции, сорбции, пенной сепарации, флотации в
активированной водной дисперсии воздуха в присутствии гидрофобизированного
вермикулитового сорбента обеспечивает повышения скорости и эффективности процесса
очистки вод от вредных примесей. Конструкция технологического комплекса позволяет
осуществлять очистку вод более эффективно при уменьшении размера исполнительного
устройства и занимаемой под него площадью.
Таблица
Показатели очистки сточных вод автотранспортного предприятия
Виды
примесей
(загрязняющие
вещества)
Нефтепродукты
Взвешенные
вещества
Cu+2
Ca+2
Содержание примесей в воде, мг/л
До очистки
После очистки
842
642
0,04
0,12
0,92
3,48
0,13
1,20
Feобщ
6,70
0,04
Степень очистки по нефтепродуктам в рассматриваемом примере составила 99,995%, а по
взвешенным веществам - 99,98%.
Разработка технологического комплекса заслужила высокую оценку и отмечена
наградами известных выставок: сертификат и золотая медаль Всероссийского научнопромышленного форума “Россия единая-2003”; диплом и серебряная медаль III
Московского международного салона инноваций и инвестиций; диплом и серебряная
медаль Конкурса “Биотехнологические проекты для повышения качества жизни человека”
Международного фонда биотехнологий им. академика И.Н.Блохиной .
Результаты испытаний технологического комплекса при очистке вод имевших широкий
спектр загрязнений позволяют рекомендовать его использование предприятиям и
организациям нефтегазовой и нефтеперерабатывающей отрасли, оборонного комплекса,
горнопромышленного комплекса, химической промышленности, теплоэнергетического
комплекса, транспортного комплекса, предприятиям по водообеспечению.