Способ очистки воды от нефтяных загрязнений и соединений металлов

Изобретение относится к способам очистки сточных вод и может быть использовано в процессах очистки промышленных и бытовых сточных вод, в том числе содержащих нефтепродукты. Способ включает удаление загрязнений осаждением и флотацией с последующей финишной очисткой воды пропусканием ее через ионообменные смолы. При флотации производят эмульгирование очищаемой воды путем ее ультразвуковой обработки. В качестве ионообменных смол используют гранулы-катиониты, которые помещают в электроизолированный бункер, в периферийной части которого располагают по крайней мере один охватывающий рабочую зону финишной очистки электрод, подключенный к положительному полюсу источника электрического питания, а в центральной части упомянутой рабочей зоны очистки по крайней мере один электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника электрического питания. Ультразвуковую обработку воды производят при частоте от 16-50 кГц, а в зону финишной очистки воды на электроды подают электрический потенциал от 12 до 36 В, причем используют гранулы-катиониты размерами от 1,3 до 2,5 мм. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и производительности процесса очистки сточных вод. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод и может быть использовано в процессах очистки промышленных и бытовых сточных вод, в том числе содержащих нефтепродукты.

В последние годы наблюдается значительное повышение в водах открытых водоемов содержания тяжёлых металлов, нефтепродуктов, трудноокисляемых органических соединений, синтетических поверхностно-активных веществ, пестицидов и других загрязнений вследствие сброса сточных вод промышленными и коммунальными предприятиями. Поэтому, очистка сточных вод является одной из наиболее важнейших экологических задач современности, так как она тесно связана с охраной водных ресурсов.

Известен способ очистки сточных вод флотацией [Патент РФ №2327646, МПК B03D, Способ очистки сточных вод напорной флотацией. 2008], включающий насыщение воды газом в сатураторе под давлением, сброс давления до атмосферного, флотирование взвешенных загрязняющих компонентов выделяющимися при сбросе давления пузырьками газа, отделение загрязнений от очищенной воды, причем в сатураторе насыщают газом часть потока очищаемой и/или очищенной воды, после чего проводят дросселирование насыщенной газом воды с одновременным смешиванием с остальной частью очищаемой воды в эжекторе, с образованием на его выходе равномерно вспененной воды. Недостатками способа являются зависимость эффективности очистки от гранулометрического и физико-химического состава загрязняющих взвешенных нерастворимых веществ, а также практически отсутствие очистки от органических веществ.

Известен также способ очистки сточных вод флотацией путем насыщения сточных вод воздухом или каким-либо растворенным в воде газом под давлением [Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. - М.: Химия, 1988, с. 60 - 76. 2.]. При уменьшении давления из очищаемой воды выделяется растворенный в ней газ в виде пузырьков. К пузырькам прилипают тонкодисперсные гидрофобные вещества и в виде комплексов частица-пузырек всплывают, образуя пенный слой, который периодически или непрерывно удаляется в шламосборник.

Недостатком известного способа является низкая скорость флотации, связанная с небольшими размерами пузырьков, в связи с чем часть комплексов частица-пузырек уносится потоком очищенной воды жидкости, что значительно снижает эффективность очистки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод флотацией, включающий очистку сточных вод флотацией, осуществляемой путем аэрации сточных вод пузырьками воздуха и других газов и дальнейшим отделением от воды образующихся флотокомплексов частица-пузырек [Ксенофонтов Б.С. Очистка сточных вод: флотация и сгущение. - М.: Химия, 1992, с. 44 - 46.]. При этом диспергирование воздуха и других газов в воде происходит механическим способом, например эжектированием воздуха за счет движения потока жидкости или при всасывании в зоне пониженного давления при вращении потока жидкости с помощью мешалки. Образующиеся воздушные пузырьки соединяются с частицами загрязнений, и обеспечивают процесс флотации. Однако, отводимый очищенный водный поток захватывает часть загрязнений и комплексов «частица-пузырек», что приводит к снижению эффективности очистки сточных вод.

Задачей разработки нового способа очистки сточных являлось создание способа, обладающего высокой производительностью очистки сточных вод, возможностью удаления нерастворенных органических загрязнений и устраняющим недостатки, связанные с отводом очищенной сточной воды из зоны флотации.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности и производительности процесса очистки сточных вод.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки загрязненной нефтепродуктами и соединениями металлов воды, включающий удаление загрязнений осаждением и флотацией с последующей финишной очисткой воды пропусканием ее через ионообменные смолы, отличающийся тем, что при флотации производят эмульгирование очищаемой воды путем ее ультразвуковой обработки, в качестве ионообменных смол используют гранулы-катиониты, гранулы-катиониты помещают в электроизолированный бункер, в периферийной части которого располагают по крайней мере один, охватывающий рабочую зону финишной очистки, электрод, подключенный к положительному полюсу источника электрического питания, а в центральной части упомянутой рабочей зоны очистки по крайней мере один электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника электрического питания.

Кроме того, возможны следующие дополнительные приемы выполнения способа: ультразвуковую обработку воды производят при частоте от 16-50 кГц, а в зону финишной очистки воды на упомянутые электроды подают электрический потенциал от 12 до 36 В, причем используют гранулы-катиониты размерами от 1,3 до 2,5 мм; после удаления загрязнений флотацией производят осветление воды фильтрацией; перед ультразвуковой обработкой производят отделение грубодисперсных взвешенных частиц от воды отстаиванием с выпадением осадка.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Очистку воды как от промышленных, так и от бытовых загрязнений проводят в несколько стадий: отстаиванием, флотацией, фильтрацией, пропусканием ее через ионообменные смолы. На первой стадии отделяют грубодисперсные взвешенные частицы от воды отстаиванием в многополочных отстойниках с подводом исходных сточных вод путем их струйного истечения. Предварительно очищенную воду после отстаивания подают под давлением с помощью насоса, создающего избыточное давление 0,5... 1,0 МПа на стадию флотации. При этом при очистке загрязненной воды флотацией проводят их ультразвуковую обработку при частоте от 16-50 кГц с образованием эмульсии из нерастворимых органических загрязнений (масло и нефтепродуктов), составляющих механическую смесь эмульсии с микрочастицами. На стадии флотации в результате взаимодействия эмульсии с микрочастицами с одной стороны и пузырьков воздуха с другой происходит образование комплексов «частица-пузырек», причем пузырек образуется из эмульсии, содержащей микрочастицы загрязнений и загрязнения в виде нерастворенных органических загрязнений. Далее, сформировавшиеся макрофлотокомплексы «частица-пузырек» всплывают, создавая пенный слой, который удаляется с поверхности жидкости.

Финишная очистка воды производится пропусканием ее через ионообменные смолы, причем в качестве ионообменных смол используют гранулы-катиониты. Гранулы-катиониты помещают в электроизолированный бункер, в периферийной части которого располагают по крайней мере один, охватывающий рабочую зону финишной очистки, электрод, подключенный к положительному полюсу источника электрического питания, а в центральной части упомянутой рабочей зоны очистки по крайней мере один электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника электрического питания. В зону финишной очистки воды на упомянутые электроды, расположенные в среде гранул-катионитов, подают электрический потенциал от 12 до 36 В, причем используют гранулы-катиониты размерами от 1,3 мм до 2,5 мм.

Пример. Загрязненная вода с концентрацией органических нерастворимых продуктов (нефтепродуктов и масел с содержанием от 37 до 56 мг/л), взвешенных веществ различной дисперсности (от 214 до 367 мг/л) с содержанием ионов металлов (от 51 до 76 мг/л никеля Ni²⁺, от 42 до 56 мг/л хрома Cr³⁺, от 66 до 78 мг/л меди Cu²⁺, от 38 до 53 мг/л цинка Zn²⁺ ) проводили в несколько стадий одного непрерывного процесса: отделением грубодисперсных взвешенных частиц от воды отстаиванием с выпадением осадка; тонкодисперсных частиц флотацией с ультразвуковой обработкой при частоте от 16-50 кГц с образованием эмульсии из нерастворимых органических загрязнений; осветлением воды фильтрацией, пропусканием через гранулы–катиониты при подаче в зону финишной очистки электрического потенциала от 12 до 36 В. Использовались следующие варианты очистки: 1) параметры ультразвуковой обработки: частота 14 кГц – неудовлетворительный результат (Н.Р.); частота 16 кГц –удовлетворительный результат (У.Р.); частота 26 кГц –удовлетворительный результат (У.Р.); частота 40 кГц –удовлетворительный результат (У.Р.); частота 50 кГц –удовлетворительный результат (У.Р.); частота 55 кГц –неудовлетворительный результат (Н.Р.). 2) размер гранул–катионитов: 1,0мм – Н.Р.; 1,3 мм – У.Р.; 1,8 мм – У.Р.; 2,2 мм – У.Р.; 2,5 мм – У.Р.; 3,0 мм – Н.Р.; (от 1,3 мм до 2,5 мм - У.Р. 3) электрический потенциал в зоне финишной очистки от 12 В до 36 В. (10 В – Н.Р.; 12 В – У.Р.; 18 В – У.Р.; 24 В – У.Р.; 32 В – У.Р.; 36 В – У.Р.; 40 В – Н.Р.)

В результате очистки стоков по предлагаемому способу получили осветленную воду с концентрацией нефтепродуктов от 0, 45 до 0,83 мг/л и взвешенных веществ от 1, 57 до 2,46 мг/л, что превышает эффективность очистки по сравнению с прототопом в 4..7 раз. Степень очистки от металлов составила, в среднем от 98,9 до 99,9 % при различных вариантах финишной очистки. \ Сравнение производительности способа-прототипа с производительностью процесса по предлагаемому способу показало превышение производительности очистки по предлагаемому способу в 2,4…3,7 раза.

Таким образом, использование технологии очистки воды ионов металлов по предлагаемому способу, позволяет достичь поставленного в изобретении технического результата - повысить эффективность и производительность процесса очистки сточных вод.

1. Способ очистки воды от нефтяных загрязнений и соединений металлов, включающий удаление загрязнений осаждением и флотацией с последующей финишной очисткой воды пропусканием ее через ионообменные смолы, отличающийся тем, что при флотации производят эмульгирование очищаемой воды путем ее ультразвуковой обработки при частоте от 16-50 кГц, в качестве ионообменных смол используют гранулы-катиониты размерами от 1,3 до 2,5 мм, гранулы-катиониты помещают в электроизолированный бункер, в периферийной части которого располагают по крайней мере один охватывающий рабочую зону финишной очистки электрод, подключенный к положительному полюсу источника электрического питания, а в центральной части упомянутой рабочей зоны очистки по крайней мере один электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника электрического питания, причем на упомянутые электроды подают электрический потенциал от 12 до 36 В.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после удаления загрязнений флотацией производят осветление воды фильтрацией.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что после удаления загрязнений флотацией производят осветление воды фильтрацией.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что перед ультразвуковой обработкой производят отделение грубодисперсных взвешенных частиц от воды отстаиванием с выпадением осадка.