Очистка ливневых и сточных вод

Рисунок 5 - Структурная схема прибора

 

При выполнении измерений необходимо проверить чистоту четырёххлористого углерода в соответствии с руководством по эксплотации концентратомера КН – 2 м.

Если измеренное значение не превышает 20 мг/дм³, то четырёххлористый углерод пригоден для работы, в противном случае выполняют очистку растворителя [26].

 

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Одним из способов усовершенствования технологии очистки нефтесодержащих  вод может быть использование  более эффективных сорбентов. Поэтому  создание и изучение свойств новых  фильтровально-сорбционных материалов в сравнении с существующими, зарекомендовавшими себя в практике водоочистки, материалами является весьма важной задачей. Но без проведения экспериментов невозможно оценить уровень эффективности новых сорбентов и обозначить лучший.

Нами были проведены исследования по очистке нефтесодержащих вод на различных сорбентах в статических и динамических условиях.

В качестве сорбентов  использовались традиционные материалы (активированный уголь марки АГ-3, антрацит марки АК), а также разработанные на факультете ФПиХП «Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова»  новые модифицированные материалы (терморасширенный графит, волокно активированное железом, марганцем и хромом).

5.1 Методика проведения эксперимента

Сорбционные свойства материалов изучались с использованием модельных растворов с начальной концентрацией нефтепродуктов (Сн) от 5 до 90 мг/л. Данный диапазон обусловлен средним содержанием нефтепродуктов в стоках БТЭЦ -2 в соответствии с представленными данными. Модельный раствор приготавливался в емкости объёмом 20 л, оснащенной мешалкой. К водопроводной воде с температурой около 20ºС добавлялись нефтепродукты  массой от 0,6 до 0,8 мг. Полученная смесь активно перемешивалась в течении 15 мин. В качестве нефтепродукта применялась фракция бензина АИ-92 с температурой кипения выше 110ºС. Для получения фракции производили отгонку бензина на ректификационной колоне.

Объём пробы отбирался  в соответствии с методикой в  зависимости от содержания нефтепродуктов в воде, и составлял 1 л. При отборе был исключен захват пленки нефтепродуктов с поверхности воды путём отбора пробы из нижней части ёмкости, содержащей модельный раствор.

Полученная проба анализируемой воды полностью переносилась в делительную воронку, соответствующей вместимости, с добавлением разбавленной серной  кислоты из расчета 1 см³ на 100 см³ пробы и четыреххлористого углерода, общим объемом 10 см³. Выполнялась экстракция на приборе ЭЛ-1, перемешиванием содержимого делительной воронки не менее 10 мин, затем отстаиванием в течение 10 мин. После расслоения фаз нижний слой (экстракт) сливался в мерную колбу объёмом 50 мл, с помощью безводного сульфата натрия в количестве 2 г проводилась его сушка, пропускалась через оксид алюминия в количестве 3 г, элюат собирался в мерные колбы вместимостью 30 мл и проводилось измерение с помощью концентратомера КН-2м.

5.2 Изучение статической ёмкости сорбентов

Для изучения статической  ёмкости в колбы ёмкостью 1 л с модельным раствором добавляли по 1 г вышеперечисленных образцов сорбентов и перемешивали на встряхивателе в течение заданного времени, оснащённом креплением для круглодонных колб, с последующим  отстаиванием и отделением сорбента от воды путём фильтрования через бумажный фильтр. Полученная проба подвергалась анализу.

В результате экспериментальных исследований (Таблица В.1) было определено необходимое время продолжительности сорбции на примере антрацита при Cн=7,6 мг/л, графическая зависимость представлена на рисунке 6.

 Рисунок 6 - Зависимость сорбционной ёмкости (COE) антрацита от продолжительности сорбции (t) при начальной концентрации Cн=7,6 мг/л

Анализ полученных данных представляет большой практический интерес и позволяет сделать вывод о необходимой продолжительности времени контакта сорбента с модельным раствором до достижения состояния равновесия. Из рисунка 6 видно, что статическая обменная емкость антрацита достигает величины 5,5 мг/г и остаётся практически неизменной  при времени контакта, равным 300 мин. Таким образом, для изучения сорбции нефтепродуктов в статических условиях использовали продолжительность контакта не менее 4 часов.

По данным эксперимента (Таблица В.2) были построены кривые сорбции на различных сорбентах, представленные на рисунке 7.

Рисунок 7 - Кривые сорбции различных сорбентов

Из зависимостей видно, что максимальное значение статической СОЕ: на терморасширенном графите - 47,5 мг/г; на активированном угле марки АГ-3 - 35,4 мг/г; на антраците марки АК - 37,4 мг/г; на базальтовых модифицированных волокнах, активированном  Mn-Fe - 31,2 мг/г, активированном Cr-Fe – 31,9 мг/г. Терморасширенный графит  обладает наибольшей статической СОЕ из представленных образцов материалов, что может быть объяснено его более развитой поверхностью. При этом ему уступают примерно на 20 % традиционно используемые сорбенты и на 25 % модифицированные волокна. Этот факт даёт возможность предположить, что использование терморасширенного графита в качестве сорбента для очистки промливневых вод БТЭЦ-2 от нефтепродуктов, может увеличить эффективность очистки.

Из полученных данных так же следует, что при времени  контакта 40 мин сорбенты на основе волокон существенно уступают в статической СОЕ традиционно используемым сорбентам. Тем не менее, с увеличением времени сорбции до 60 мин наблюдается практически одинаковый эффект (СОЕ≈32 мг/г). Учёт предварительной оценки стоимости сорбентов, полученных на основе минерального волокна, по сравнению с используемыми в настоящее время, позволяет сделать вывод об их конкурентоспособности и возможности снижения эксплуатационных расходов в случае их применения.

5.3 Изучение динамической ёмкости сорбентов

Для изучения динамической ёмкости была собрана лабораторная установка, состоящая из расходной ёмкости-смесителя, мешалки, ротаметра, фильтровальной колонки, ртутного дифманометра, емкости для сбора фильтрата.

Модельный раствор из исходной ёмкости подавали сверху в колонку диаметром 30 мм, в которую загружался слой фильтрующего материала определенной высоты, скорость фильтрования 7 м³/ч. Анализ на нефтепродукты производили до и после фильтра через каждые 10 л отфильтрованной воды. Качество очистки оценивали по достигаемому эффекту, который рассчитывали по уравнению:

,

(5.1)

где , – концентрация нефтепродуктов соответственно в модельном растворе и в фильтрате, мг/л.

На рисунке 8 представлена зависимость эффективности очистки от нефтепродуктов на антраците с различной высотой загрузки от пропущенного объёма (Таблица В.3).

Рисунок 8 - Зависимость эффективности очистки (Э) от нефтепродуктов на антраците от объёма воды(V)

Как видно из графика  при увеличении высоты загрузки наблюдается  тенденция роста эффективности  очистки и продолжительности  фильтроцикла. Наибольшей эффективностью очистки, равной от 50 до 40 %, антрацит обладает при высоте загрузки, равной 18 см.

При выборе материала  в качестве загрузки механического  фильтра необходимо оценить уровень  эффективности существующих и новых фильтровально-сорбционных материалов. Зависимости эффективности очистки воды на различных сорбентах представлены на рисунке 9 (Таблица В.4)

 

Рисунок 9 – Зависимость эффективности очистки (Э) от нефтепродуктов на различных сорбентах от объёма воды(V)

Исходя из полученных данных использование терморасширенного графита с антрацитом не целесообразно в связи с резким возрастанием сопротивления. Применение антрацита в качестве загрузки неэкономично, сорбент обладает низким значением эффективности, что приводит к большим технологическим затратам в эксплуатации. Наиболее перспективные обладающие эффективностью очистки, равной от 50 до 60 % сорбенты: базальтовое волокно и комбинированная загрузка волокно и терморасширенный графит. Поэтому в качестве рекомендуемого сорбента была проведена серия опытов, направленных на изучение комбинированной загрузки.

Результаты эксперимента применения в качестве сорбента на основе базальтового волокна и терморасширенного графита представлены на рисунке 10 (Таблица В.5).

Рисунок 10 – Зависимость эффективности очистки (Э) от нефтепродуктов на комбинированной загрузке различной высоты от объёма воды (V)

Как видно из графических  зависимостей при увеличении высоты загрузки наблюдается тенденция  роста эффективности очистки  и продолжительности фильтроцикла. Комбинированная загрузка высотой от 4 до 6 см обеспечивает необходимую эффективность очистки воды. При загрузке материала высотой до 4 cм сорбент не обеспечивает требуемую высокоэффективную очистку.

На рисунке 11 представлена сравнительная характеристика технологических параметров очистки воды от нефтепродуктов на традиционно используемом материале – антраците,а также на новых модифицированных материалах – базальтовом волокне, комбинированной загрузке (Таблица В.6).

 

 

 

а)	б)

Рисунок 11 – Сравнительная характеристика технологических параметров очистки воды от нефтепродуктов на различных сорбентах: а) эффективность очитски; б) время защитного действия

Сорбент на основе терморасширенного  графита и базальтового волокна обладает наибольшей эффективностью очистки и наибольшим временем защитного действия по сравнению с другими материалами. Поэтому применение данного материала в качестве загрузки механического фильтра обеспечит снижение технологических затрат и высокоэффективную очистку воды от нефтепродуктов.

 

6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1 Описание технологической схемы очистки нефтесодержащих вод на БТЭЦ-2

В основе очистки производственных сточных вод от нефтепродуктов на БТЭЦ-2 лежат два процесса: напорная флотация с рециркуляцией очищенной  воды и фильтрование сначала через  антрацит марок АК, АИ, АС, а затем – через активированный уголь.

Технологическая схема, представленная на рисунке Б.1, состоит из двух напорных приемных резервуаров, четырех флотаторов, промежуточного бака, фильтров – трех механических и двух фильтров доочистки, бака нефтепродуктов.

Замазученные и замасленные  стоки с турбинного цеха поступают на насосную станцию нефтесодержащих стоков ( ННС).

Производственные нефтесодержащие  стоки с концентрацией до 100 мг/л собираются в приемном напорном резервуаре 1, где происходит первичное отстаивание грубодисперсных нефтепродуктов и тонущих примесей. Из приемного резервуара вода подается самотеком на флотационную установку:

• Флотатор 4, включающий в себя две флотационные камеры, оборудование для удаления пены с загрязнениями и переливной карман очищенной воды;
• сатуратор 3;
• эжектор 5;
• емкость сбора очищенной воды, т.е. промежуточный бак 7.

Напорная флотация с  рециркуляцией осуществляется следующим  образом: из промежуточного бака до 50 % очищенной воды перекачивается эжектором, во всасывающий трубопровод которого засасывается воздух (до 5 %) объема обрабатываемой сточной воды). Образующаяся водо-воздушная смесь направляется в сатуратор, где при давлении от 0,3 до 0,6 МПа воздух растворяется в воде. При поступлении водо-воздушного раствора во флотатор, работающий при атмосферном давлении, воздух выделяется в виде пузырьков.

Во флотаторах с помощью  мелкопузырьковой аэрации растворённые в воде нефтепродукты всплывают  на поверхность и с помощью  скребкового транспортёра удаляются  в бак нефтепродуктов 6 объёмом 16 м³. В нем собираются замазученные стоки из флотаторов и после регенерации фильтров, а впоследствии нефтепродукты вывозятся автотранспортом и утилизируются в топке котла.

Условно очищенная вода из флотаторов поступает в промежуточный  бак, обёмом 10 м³, откуда насосами 2 подается сверху вниз на два параллельно работающих механических фильтра 9, далее – на один фильтр доочистки 10, загруженный керамзитом (20 % от высоты) и активированным углем (60 % от высоты).

Скорость фильтрации на механических и угольных фильтрах обычно составляет от 7 до 8 м /ч. Периодически производится отключение фильтров на регенерацию фильтрующего материала. Для восстановления поглощающей способности загрузок осуществляется подача водяного пара и водо-воздушная промывка, обеспечивающая не только вымывание нефтепродуктов, но и взрыхление фильтровального материала. Пропуск пара давлением около 1 кгс/см², воздуха и осветленной воды на промывку производится в направлении, обратном фильтрованию, со сбросом воздуха через воздушники 8 и сбором образующегося конденсата и промывных вод в баке нефтепродуктов.

После угольных фильтров доочистки вода поступает в коллектор  осветленной воды, а дальше подается в систему технологического водоснабжения  – в котельный цех. Осадок отводится  из напорного приемного резервуара и бака нефтепродуктов и складируется на зольных полях.

6.2 Конструкция фильтров

Наиболее широко распространены в отечественной практике очистки  сточных вод вертикальные однокамерные напорные осветлительные фильтры, которые  и применяют на БТЭЦ-2.