Проектирование систем подачи и очистки воды для базы отдыха

В качестве фильтрующего материала  используют гравий, песок, дробленый  антрацит, кварц, мрамор, керамическую крошку, хворост, древесный уголь, синтетические  и полимерные материалы.

Фильтры разделяются по скорости движения воды в них на фильтры  с постоянной и переменной скоростью.

При переменной скорости фильтрования (постоянной разности давления до и  после фильтра) по мере увеличения объема фильтрата, т.е. продолжительности фильтрования, скорость фильтрования уменьшается.

При постоянной скорости фильтрования разность давления до и после фильтра  увеличивается.

При фильтровании сточных  вод через зернистые материалы  протекают следующие процессы:

отложение взвешенных веществ  в виде тонкого слоя на поверхности  фильтрующего слоя (пленочное фильтрование);

отложение взвешенных веществ  в порах фильтрующего слоя;

отложение взвешенных веществ  на поверхности фильтрующего слоя и  в его порах.

Под действием сил прилипания взвешенные вещества закрепляются на зернистом материале. Явление прилипания и отрыва частиц определяет ход процесса осветления воды.

В нефтяной и нефтехимической  промышленности обычно применяют фильтры  с зернистой загрузкой, которые  по скорости фильтрования делятся на медленные, скорые и сверхскоростные. Зернистую загрузку размещают в определенном порядке и во избежание выноса ее из фильтра применяют специальные дренажные системы и поддерживающие слои.

Скорость фильтрации и  качество очистки зависят от характера  загрузки. Использование крупного фильтрующего материала приводит к увеличению пропускной способности фильтра и снижению качества фильтрата. Мелкий фильтрующий материал улучшает качество фильтрата, но снижает скорость движения воды в фильтре и продолжительность работы фильтра, а также вызывает перерасход промывочной воды.

При конструировании фильтров нельзя использовать механические характеристики фильтров, работающих по очистке от одних примесей, для фильтров, работающих с водами, содержащими другие примеси.

          К конструкциям зернистых фильтров предъявляются следующие основные требования:

фильтрация должна идти в  направлении убывающей крупности  загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых и  трудноразрушаемых при промывке пленок осадка на поверхности загрузки;

необходима интенсивная  промывка загрузки, обеспечивающая максимальное удаление загрязняющих веществ из загрузки;

фильтры должны обладать малой  чувствительностью к колебаниям качества воды и расхода;

фильтрующих материал должен обладать высокой прочностью и химической стойкостью, а также минимальной  стоимостью при прочих равных физико-химических свойствах. Открытые фильтры применяют  одно-, двух- и многослойные.

Открытые фильтры

Открытый фильтр представляет собой обычно прямоугольный (в плане) резервуар, загруженный фильтрующим  слоем зернистого материала и  поддерживающими слоями, под которыми размещена дренажная система, предназначенная  для отвода фильтрованной воды и  равномерного распределения промывочной  воды. В верхней части фильтра  укреплены желоба для подачи чистой и отвода грязной воды. Фильтр снабжен  регуляторами расхода воды, расходомерами  и другим оборудованием. Высота слоя воды над загрузкой фильтра обычно составляет 2 м. В нижней части фильтра (при направлении фильтрации сверху вниз) расположены трубы для отвода очищенной воды.

Регенерацию загрузки осуществляют горячей водой с интенсивностью 6-8 л/(м^2.с). Промывочную воду выпускают на очистные сооружения. Сроки промывки определяются качеством фильтрата. Если невозможно промыть загрузку фильтра, ее необходимо заменить новой. Старую загрузку регенерируют (прокаливают), промывают и просеивают, после чего ее снова можно применять.

Вода, прошедшая через  фильтр, должна быть прозрачной, а концентрация нефтепродуктов в ней не должна превышать 10-15 мг/л.

Фильтры с плавающей загрузкой

С появлением новых фильтрующих  материалов изменяется и технология фильтрационной очистки воды от нефтепродуктов. Перспективным является использование  плавающих загрузок из различных  полимерных материалов, обладающих достаточной  механической прочностью, химической стойкостью, высокой пористостью  и необходимыми поверхностными свойствами. К числу таких материалов относится  полистирол различных марок, в том  числе и пенополистирол.

Принципиально механизм процесса задержания нефтепродуктов фильтрами  с плавающей гранулированной  загрузкой не отличается от механизма  фильтрования эмульсий через песчаные фильтры.

Разработаны различные аппараты для вспенивания полистирола  с помощью горячей воды, пара, горячего воздуха.

В основном фильтры с плавающей  полистирольной загрузкой рекомендуются  для очистки природных и доочистки  сточных вод. Однако в связи с  высокой адгезионной способностью по отношению к нефтепродуктам их применяют и для разделения водонефтяных эмульсий. Плавающая загрузка позволяет значительно увеличить скорость фильтрования, снизить начальное содержание примесей и упростить регенерацию фильтра.

 

          Фильтры с эластичной загрузкой

Для очистки нефтесодержащих  сточных вод разработана новая  технология с использованием эластичных полимерных материалов, в частности, эластичного пенополиуретана. Этот материал имеет открытоячеистую структуру со средним размером пор 0,8-1,2 мм и кажущуюся плотность 25-60 кг/м³. Эластичный пенополиуретан характеризуется высокой пористостью, механической прочностью, химической стойкостью, гидрофобными свойствами, что обеспечивает значительную поглощающую способность по нефтепродуктам.

Технология работы фильтров следующая. Сточная вода по трубопроводу поступает в емкость фильтра, заполненную измельченным пенополиуретаном размером 15-20 мм. Пройдя через слой загрузки, сточные воды освобождаются от нефтепродуктов и механических примесей и через сетчатое днище отводятся по трубопроводу из установки. В процессе фильтрования загрузка насыщается нефтепродуктами и периодически цепным ковшовым элеватором подается на отжимные барабаны для регенерации. Отрегенерированная загрузка вновь поступает в емкость фильтра, а отжатые загрязнения по сборному желобу отводятся в разделочную емкость.

Такие фильтры целесообразно  применять после предварительной  очистки стоков в песколовках  и нефтеловушках. Очищенную воду можно использовать в техническом водоснабжении промышленных предприятий.

Общим недостатком всех рассмотренных  фильтров (кроме пенополиуретановых) является то, что в результате их регенерации образуются высокоэмульгированные и весьма стойкие эмульсии, существенно затрудняющие утилизацию выделенных нефтепродуктов.

Коалесцирующие фильтры

Под коалесценцией понимают слияние частиц дисперсной фазы эмульсии, например нефтепродуктов, с полной ликвидацией первоначально разделяющей частицы междуфазной поверхности. Это приводит к изменению фазово-дисперсного состояния и укрупнению капель исходной эмульсии. Система становится кинетически неустойчива и быстро расслаивается.

Наиболее широкое распространение  получил метод коалесценции при фильтровании эмульсии через различные пористые материалы. В принципе, любой из рассмотренных ранее фильтров при соответствующих технологических параметрах и конструктивных изменениях может работать в режиме коалесценции. В этом случае назначение фильтрующего слоя принципиально изменяется. В обычных фильтрах он выполняет функцию удерживающей среды, назначение нефильтрующей загрузки в коалесцирующих фильтрах - укрупнение мелких эмульгированных капель нефтепродуктов в более крупные.

Конструктивно коалесцирующие фильтры практически всегда объединяются с отстойниками или в отстойники встраиваются коалесцирующие элементы (насадки).

Отличительные и весьма существенные особенности коалесцирующих фильтров:

высокие эффективность разделения эмульсий и удельная производительность;

устойчивость технологического процесса при значительных колебаниях концентрации нефтепродуктов и расхода  сточных вод;

простота изготовления, эксплуатации и автоматизации;

длительный межрегенерационный период.

Метод коалесценции можно отнести к регенеративным методам, так как в результате протекающих процессов эмульсия разделяется на две фазы, одна из которых представляет собой нефтепродукты. Утилизация этих нефтепродуктов может создать существенную дополнительную экономическую предпосылку в реализации этого метода.

Наибольшее применение в  практике разделения эмульсий метод  коалесценции нашел в нефтяной промышленности и на судах морского флота для очистки нефтесодержащих сточных вод, а также на заключительной стадии экстракционных процессов в химической промышленности и при обезвоживании топливных материалов на транспорте.

Мембранный метод

Исследование процессов  разделения с использованием молекулярных сит позволило выделить мембранный метод, как наиболее перспективный  для тонкой очистки. Этот метод, характеризуется  высокой четкостью разделения смесей веществ. Полупроницаемая мембрана - перегородка, обладающая свойством  пропускать преимущественно определенные компоненты жидких или газообразных смесей. Широко мембранный метод используют для обработки воды и водных растворов, очистки сточных вод, очистки  и концентрации растворов.

Мембраны

Процессы мембранного  разделения зависят от свойств мембран, потоков в них и движущих сил. Для этих процессов также важен  характер потоков к мембране со стороны  разделяемых сред и отвода продуктов  разделения с противоположной стороны.

Принципиальное отличие  мембранного метода от традиционных приемов фильтрования - разделение продуктов в потоке, т.е. разделение без осаждения на фильтроматериале осадка, постепенно закупоривающего рабочую пористую поверхность фильтра.

Основные требования, предъявляемые  к полупроницаемым мембранам, используемым в процессах мембранного разделения, следующие:

высокая разделяющая способность (селективность);

высокая удельная производительность (проницаемость);

химическая стойкость  к действию среды разделяемой  системы;

неизменность характеристик  при эксплуатации;

достаточная механическая прочность, отвечающая условиям монтажа, транспортировки  и хранения мембран;

низкая стоимость.

Для разделения или очистки  некоторых нетермостойких продуктов  применение мембранного метода является решающим, так как этот метод работает при температуре окружающей среды.

В то же время мембранный метод имеет недостаток - накопление разделяемых продуктов вблизи рабочей  поверхности разделения. Это явление  называют концентрационной поляризацией, которая уменьшает проникновение  разделяемых компонентов в пограничный  слой, проницаемость и селективность, а также сокращает сроки службы мембран.

Для борьбы с этим явление  проводят турбулизацию слоя жидкости, прилегающего к поверхности мембраны, чтобы ускорить перенос растворенного вещества.

Для мембран используют разные материалы, а различие в технологии изготовления мембран позволяет  получить отличные по структуре и  конструкции мембраны, применяемые  в процессах разделения различных  видов.

Процессы, возникающие при  разделении смесей, определяются свойствами мембран. Необходимо учитывать молекулярные взаимодействия между мембранами и  разделяемыми потоками, физико-химическую природу которых определяет скорость переноса. Эти взаимодействия с материалом мембран отличают мембранный метод  от микроскопических процессов обычного фильтрования.

Мембранные методы отличаются типами используемых мембран, движущими  силами, поддерживающими процессы разделения, а также областями их применения.

Существуют мембранные методы шести типов:

микрофильтрация - процесс  мембранного разделения коллоидных растворов и взвесей под действием  давления;

ультрафильтрация - процесс  мембранного разделения жидких смесей под действием давления, основанный на различии молекулярных масс или  молекулярных размеров компонентов  разделяемой смеси;

обратный осмос - процесс  мембранного  разделения жидких растворов  путем проникновения через полупроницаемую  мембрану растворителя под действием  приложенного раствору давления, превышающего его осмотическое давление;

диализ - процесс мембранного  разделения за счет различия скоростей  диффузии веществ через мембрану, проходящий при наличии градиента  концентрации;

электродиализ - процесс  прохождения ионов растворенного  вещества через мембрану под действием  электрического поля в виде градиента  электрического потенциала;

разделение газов - процесс  мембранного разделения газовых  смесей за счет гидростатического давления и градиента концентрации.

В ряду технологических приемов, используемых для разделения смесей по размерам частиц, мембранным методам  уделяют большое значение. Выбор  процесса для применения в заданной области разделения смесей зависит  от различных факторов: характера  разделяемых веществ, требуемой  степени разделения, производительности процесса и его экономической  оценки.

Промышленное использование  процессов мембранного разделения требует надежного, стандартного и  технологического оборудования. Для  этой цели в настоящее время применяют  мембранные модули, которые компактны, надежны и экономичны. Выбор конструкции  модуля зависит от вида процесса разделения и условий эксплуатации в промышленных установках.

 

         1.1.2 Химическая и физико-химическая очистка

Сточные воды, содержащие минеральные  кислоты или щелочи, подвергают нейтрализации. Нейтрализацию проводят для предупреждения коррозии материалов очистных сооружений, выделения солей металлов из сточных  вод и предупреждения нарушения  биохимических процессов в них.