Механический способ
Механическая очистка от нефтепродуктов проводится в комплексе с другими способами.
Исключения составляют случаи, когда механически очищенные стоки пригодны для повторного технологического использования.
Для механической очистки стоков от нефтепродуктов используются методы:
- отстаивания;
- удаления нефтепродуктов с помощью центробежного ускорения;
- механической фильтрации.
При использовании этих методов в среднем удается отделить до 65% твердых частиц нефтепродуктов.
Стадия отстаивания
Во время отстаивания органические частицы с плотностью большей, чем плотность воды, опускаются вниз, а частицы с меньшей плотностью поднимаются на поверхность.
Такой принцип работы характерен для:
- песколовок;
- мазутоловок;
- бензоловок.
Конструктивно бывают отстойники статического и динамического типов. В первом случае процесс очистки происходит путем выдерживания стоков в спокойном состоянии в течение от нескольких часов до суток.
В динамическом отстойнике отделение твердых частиц нефтепродуктов происходит в движущемся потоке. На практике применяются динамические отстойники горизонтального и вертикального видов.
Процесс центрифугирования
Центрифугирование или удаление производных нефти с использованием принципа центробежного ускорения основывается на применении гидроциклонов.
Водный поток под давлением направляется в аппарат.
Воздействия центробежных сил вызывает оседание твердых составляющих нефтепродуктов, а очищенная вода выводится через отводную трубу.
Внимание! Коэффициент полезного действия при таком способе очистки составляет до 70%.
Механическая фильтрация
Способ эффективный при необходимости устранения вязких частичек нефти небольших размеров. С этой целью используются материалы зернистой, пористой текстуры либо специальные сетки, так называемые тканевые фильтры.
Принцип действия данного метода основан на способности пористых материалов задерживать частицы углеводородной органики текучей консистенции.
Конструктивно такие фильтровальные станции представляют собой вращающиеся барабаны диаметром до 3 м, с закрепленными в них фильтрующими экранами. Стоки поступают внутрь установки, проходят сквозь фильтрующие элементы, и передаются на следующую стадию очистки.
Еще один метод фильтрации – применение фильтрующих элементов каркасного типа.
Рабочим наполнителем фильтра служат:
- речной песок;
- антрацитный уголь;
- керамзитовые окатыши разных калибров;
- шлаки, в виде отходов металлургического производства;
- различные синтетические материалы, например пенополистирол.
Виды флотационных устройств
Можно выделить основные варианты:
- На жидкости создается пленочный слой, на который налипают нерастворимые элементы грязи.
- Пенистая – в жидкость нагнетают газы и пенообразующие реагенты. Газовые капсулы притягивают к себе и доставляют наверх нерастворимые вещества. Химикаты необходимы для устойчивости пенистой шапки, которая удаляется механически. Затем она сгущается и проходит фильтрацию.
- Маслянистая – капли масел стремятся вверх, забирая по пути взвеси. После этого масляный слой убирают и очищают.
Важно. Чаще всего в очистных комплексах используется принцип пенистой флотации
Этот вариант избавления от загрязняющих веществ наиболее эффективен.
Кроме того, оборудование классифицируется по виду образования воздушных капсул.
Механический тип
Флотационное оборудование простого типа — резервуары, в которых осуществляют перемешивание канализационных отходов лопастями.
Оборудование подходит для жидкостей с высоким количеством взвешенных загрязнений, склонных к пенообразованию.
Напорный
Самыми эффективными и наиболее распространенными являются флотационная установка с подачей газов в воду напорным способом. Его используют, если плотность взвесей сравнима плотности жидкости. В этом варианте мелкодисперсные загрязнения не выпадают в осадок.
Напорный флотатор
Основой данного метода является введение газов в воду под давлением в специальных емкостях. Затем водовоздушная смесь подается в резервуар со стоками. Из-за перепада давления происходит активное образование мелких газовых капсул.
Действие сил поверхностного натяжения закрепляет их к молекулам загрязнений. Образованный флотошлам всплывает на верх резервуара. Здесь он механически удаляется.
Принцип работы простейшей флотационной машины:
- В смесительную камеру насоса поступают воздух и вода. Здесь выполняется растворение газа в жидкости. Остатки избыточного воздуха выпускается посредством клапана.
- Водная смесь с воздушными капсулами по системе труб поступает в танк флотационной установки.
- В эту емкость также заливают канализационные стоки, которые прошли предварительную очистку в отстойнике.
- В резервуаре происходит сбор взвешенных загрязнений посредством капсул с газом.
- Фотошлам собирается в верхней части емкости в виде пенного слоя, который убирается механически.
Практически чистая вода сливается из флотационного танка. Часть ее перенаправляется в насос для повторного смешивания с газом.
Электрический
Для выделения взвешенных загрязнений из канализационной массы также используют электрический ток.
Электрический флотатор
Принцип работы флотатора для очистки сточных вод электрического типа:
- В резервуаре с загрязненной водой размещаются электроды.
- После подачи напряжения молекулы воды разделяются на кислород и водород. На концах электрических стержней образуются капсулы с электролитическими газами.
- Они поднимаются вверх, собирая частицы загрязнений.
Справка. При проведении электрической очистки стоков используется минимальное количество химических добавок.
Этот вариант достаточно эффективен при установке стержней из алюминия или железа. В качестве вспомогательных реагентов для образования устойчивых соединений взвесей грязи и капсул газа выступают ионы металлов.
Большим достоинством использования электроустановок является простая конструкция, не занимающая много места.
В составе такого оборудования отсутствуют емкости для реагентов и сатураторы. Но увеличиваются затраты на электроэнергию при очистных работах. Кроме того, требуется оборудование для вывода водорода.
Для введения в воду воздуха также используют различные материалы с пористой структурой. В некотором оборудовании производится выделение газа в результате реакций химического типа.
Способы насыщения воды пузырьками
Существует немало приемов, которые обеспечивают появление в сточных водах газовых пузырьков. Основные способы, используемые при проведении флотации, это:
- Компрессионный (или же напорный) способ, основанный на повышении растворимости воздуха в воде при увеличении давления.
- Механический способ, основанный на интенсивном перемешивании жидкости с воздухом.
- Пропускание сточных вод через пористые материалы, что приводит к их диспергированию.
- Электрический способ, основанный на процессе электролиза воды, сопровождающимся появлением пузырьков газа.
- Химический способ, обуславливающий образование пузырьков в ходе химических реакций определенных реагентов с компонентами сточных вод.
- Вакуумный способ, характеризующийся снижением давления.
Преимущества и недостатки
В таблице собраны распространенные физико-химические методы очистки сточных вод:
| Название метода | Механизм очистки | Плюсы | Минусы |
| Коагуляция | Нейтрализация отрицательного заряда мелких частиц, их слипание и осаждение. | Реакции проходят при любых условиях. Метод дешевый, доступный, практичный. | Нужно соблюдать четкую дозировку коагулянтов. Большой объем осадка. После очистки повышается степень минерализации вод. |
| Флокуляция | Специальные вещества соединяются с загрязнениями и образуют крупные хлопья. | Реакции протекают быстро. Дешевизна. | Большой объем осадка. |
| Адсорбция | Поглощение загрязнений поверхностью твердых веществ. | Удаление разных видов примесей. Очистка до ПДК. Отсутствие вторичного загрязнения очищаемых вод. | Высокая стоимость адсорбентов, их большой расход. Медленный темп очистки. Громоздкость оборудования. |
| Экстракция | Смешивание двух взаимно нерастворимых жидкостей и переход примесей в экстрагент. | Простая технологическая схема. Простое оборудование. | Меньше 90% примесей переходит в другую фазу. Процесс длительный и трудоемкий. |
| Флотация | Образование в воде пузырьков газов, которые поднимаются вверх и захватывают с собой примеси. | Простое оборудование. Высокая скорость очистки. Дешевизна. Малые потери воды. | Удаляет не все виды загрязнений. Часто приходится вносить реагенты, улучшающие гидрофобность примесей и качество пены. |
| Эвапорация | Захват загрязнений водяным паром, проходящим сквозь кипящие сточные воды. | Экономичность. Отсутствие специфических реагентов. Простота оборудования. | Большие потери тепла. |
| Ионный обмен | Обмен загрязнений из сточных вод на ионы, отделяющиеся с поверхностей пористых материалов. | Высокая эффективность очистки. Экологическая безопасность. | Дефицит ионообменных смол. Большой расход реагентов на восстановление ионитов. Большой объем растворов для регенерации. |
| Кристаллизация | Вымораживание воды. | Низкое потребление энергетических ресурсов. Высокая степень очистки. | Необходимость изучения и контроля процесса. |
| Мембранная очистка | Пропускание сточных вод через полупроницаемые среды (мембраны), которые задерживают примеси наноразмеров. | Очистка до требований ПДК. Не требуется внесение реактивов. Малые потери воды. Возможность утилизации тяжелых металлов. | Мембраны через время загрязняются и хуже пропускают воду. Дороговизна установок. Необходимость предварительной очистки вод от масел, органики, растворителей, ПАВ. |
| Электрохимическая очистка | Создание в воде электрического напряжения и запуск реакций, которые переносят, объединяют, осаждают примеси. | Извлечение из стоков ценных примесей при сравнительно простой технологической схеме. Нет необходимости в химических реагентах. | Большой расход электроэнергии и металла. Загрязнение поверхности электродов и необходимость их очистки. |
Разновидности флотации.
Процесс очистки заключается в образовании в воде воздушных диспергированных пузырьков. Чтобы метод работал, следует добиться формирования пузырей необходимого размера. Каким образом этого можно добиться.
1.Выделить из раствора пузырьки воздуха.
Применяя раствор для выделения пузырьков, применяют флотацию вакуумного либо напорного типа.
При напорной флотации нагнетают воздух, далее резко понижают давление в сети, этим создают выделение пузырьков в воду.
При вакуумной флотации вода проходит сквозь аэрационную камеру, там она впитывает воздух. Далее устремляется в дизаэратор, чтобы удалить нерастворенные частицы воздуха. Третий этап – это проход во флотационную камеру, здесь снижают давление воды, чем образуют множество пузырьков.
Данный метод применяют для удаления примеси мелкодисперсного характера.
2.Пропустить сквозь пористый материал воздух.
Способ для получения пузырьков считается самым простым по законам физики. Перед тем, как пустить воздух в стоки, он проходит через пластины, имеющие щели. Размер пузырьков зависит от диаметра пор.
3.С помощью электролизной флотации.
Для образования пузырьков в воду кладут два электрода, пропускающих ток. В процессе электролиза вода распадается на кислород с водородом. Электроды изготавливают из алюминия либо железа. Металлы способны выделять коагулянты, связывающие взвеси, образуя из них частицы в форме хлопьев. Пузырьки и хлопья соединяются друг с другом и устремляются на поверхность, формируя пену.
3.С помощью механического диспергирования.
В основе трех методов образования пузырьков лежит вихревой процесс, сопровождающийся перемешиванием.
Подробнее о флотации
Флотация — это один из способов, применяемых для очистки сточных вод. Буквально слово «флотация» (англ. flotation) переводится как «плаванье на поверхности воды», поэтому и напоминает слово флот. Но если говорить об очистке флотацией, то ее целью является вывести на поверхность различные взвеси и другие вещества, которые имеют плотность близкую воде и не способны оседать.
В толще воды плавают различные мелкие твердые частицы, коллоидные взвеси и другие примеси, которые не оседают. Флотацию применяют для очищения сточных вод от ПАВ, нефтепродуктов, жиров, волокнистых веществ и взвесей активного ила. Также флотационный процесс по типу пенной сепарации способен удалить некоторые растворенные в воде вещества.
Физико-химические законы флотации
В основу флотационной очистки заложены сложные физико-химические процессы. Главным образом рассматривается понятие смачиваемости, то есть индивидуальной способности тех или иных веществ к смачиванию. Эта способность напрямую определяет поведение этих соединений на границе раздела фаз жидкости и газа. Существует два типа веществ:
- Гидрофильные — характеризуются хорошей способностью к смачиванию;
- Гидрофобные – несмачиваемые.
В зависимости от того, к какому типу относится то или иное вещество, оно хорошо убирается при помощи флотационной очистки или же, наоборот, не поддается выделению таким способом.
Этапы флотации
Процесс флотации несложен для понимания, его можно описать следующим образом:
В воду, которая подвергается очистке, подают диспергированный воздух;
- Гидрофобные частицы устремляются к воздушным пузырькам;
- Постепенно уменьшается и разрывается прослойка воды, разделяющая гидрофобные частицы и воздушные пузырьки. Это объясняется тем, что сила притягивающая молекулы воды друг к другу больше адгезии между водой и этими частицами;
- Образуется флотирующий комплекс из пузырьков воздуха и гидрофобных частиц, который напоминает пену;
- Этот флотирующий комплекс плавает на поверхности сточных вод, поскольку он легче той гетерогенной системы, в которой находится.
В итоге на поверхности воды образуется пенная субстанция. Полученную пену удаляют специальным приспособлением — это конечный продукт флотации или шлам.
Виды флотационной очистки стоков
Процесс флотации кратко описан как насыщение сточных вод воздухом с его диспергированием. То есть главная задача флотации заключается в получении пузырьков нужного диаметра в толщах сточных вод. Как именно это осуществляется описано ниже.
Выделение пузырьков воздуха из раствора
Чтобы выделить воздушные пузырьки из раствора, используют напорную и вакуумную флотацию. Напорная флотация представляет собой нагнетание воздуха, а затем резкое снижение давления в системе, что провоцирует выделение пузырьковой массы в толще воды.
Вакуумная флотация несколько схожа с напорной, но ее реализуют иначе. Первым этапом является прохождение воды через камеру аэрации, где она насыщается воздухом. После этого она поступает в дизаэратор, где удаляется нерастворенный воздух. Последним этапом является прохождение камеры флотации, в которой давление понижается , что вызывает бурное образование пузырьков.
Такими способами весьма успешно удаляются мелкодисперсные примеси.
Пропускание воздуха через пористые материалы
Это один из простейших способов с точки зрения физики для получения диспергированного воздушного потока. Перед попаданием воздуха в сточные воды, его пропускают через материалы с порами, такие как пластины со сквозными щелями. Диаметр пузырьков регулируется размером данных пор.
Электролизная флотация
Этот способ воплощают помещением в воду двух электродов, через которые пускают ток. Во время электролиза вода вокруг электродов расщепляется на пузырьки водорода и кислорода. Наиболее часто используемый материал для электродов: алюминий и железо. Эти металлы выделяют в воду коагулянты, которые связывают взвеси и превращают их в подобие хлопьев. Эти хлопья соединяются с воздушными пузырьками и выходят на поверхность сточных вод в вид пены.
Механическое диспергирование
Кроме образования пузырьков воздуха в воде при помощи смены давления, также применяют механические способы. Для этого также существует несколько путей:
Импеллерная установка
перемешивает водную массу с использованием турбины. При этом пузырьки получаются небольшого размера, что подходит для удаления нефтепродуктов и жиров. Скорость турбины позволяет регулировать размер пузырьков – чем выше скорость, тем меньше диаметр образуемых пузырьков;
- Безнапорная флотация, представляющая собой применение колеса, которое соединяют с центробежным насосом. Пузырьки, которые получают в результате этого процесса, крупные и пригодны для удаления жиров, волокнистых частиц, таких как, например, шерсть;
- Пневматическая флотация осуществляется насыщением воздухом через форсунки труб, которые уложены на дно камеры. Такой способ применяют для очистки агрессивных стоков, которые могут повредить флотационным установкам – импеллеру и колесу.
Пузырьки в этих трех способах образуются в результате вихревого процесса, который стимулируется перемешиванием.
Эффективность процесса флотации
Те или иные факторы могут понижать или повышать эффективность флотации, как способа очистки сточных вод. Наиболее значимое влияние оказывают приведенные ниже факторы:
Степень гидрофобности частиц.
Чем выше гидрофобность частиц вещества, тем они активнее вступают во взаимодействие с воздушными пузырьками, образуя значительные флотационные комплексы. Очевидно, что не все примеси являются абсолютно гидрофобными, существуют и гидрофильные составные. А некоторые имеют двоякую структуру, содержа в составе гидрофобные и гидрофильные группы. Чтобы повысить гидрофобность загрязняющих воду примесей, в нее добавляют специальные флотирующие добавки или реагенты;
- Размер и прочность пузырьков пены. Флотационный процесс должен образовывать пузыри воздуха такого размера, чтобы они поднимались на поверхность воды. Но слишком крупные пузыри будут всплывать раньше времени, не успев захватить достаточно частиц загрязняющих примесей. К тому же эти пузырьки должны быть прочными, имея минимальный процент потерь вследствие разрушения;
- Равномерность пенообразования. Важным фактором эффективности флотации является равномерность распределения в воде воздушных пузырьков и их общее количество.
На эти факторы можно оказать воздействие с помощью специальных реагентов, которые будут описаны далее.
Реагенты для улучшения флотации
Как описано выше, флотация зависит от качества пенообразования и гидрофобности частиц. Существуют специальные добавки, которые направлены на повышение качества пены и увеличения гидрофобности примесей. Реагенты можно разделить на две основные группы:
- Собиратели;
- Пенообразователи.
Реагенты собиратели
Наиболее часто встречаемый вид загрязнителей имеет в своем составе частицы с двоякими качествами, имеющими часть гидрофобных и часть гидрофильных групп. Их способность смачивания недостаточна для связывания с пузырьками воздуха, поэтому флотация малоэффективна. Чтобы решить эту проблему, в стоки добавляют так называемые добавки-собиратели, которые также имеют двоякую структуру, состоящую из гидрофильных (полярных) и гидрофобных (неполярных) групп. Полярные гидрофильные концы загрязнителя и собирателя слепляются между собой, а гидрофобные концы остаются свободными.
Собирателями для усиления флотации выступают поверхностно-активные вещества:
- Аммонийные соли;
- Нефтепродукты;
- Масла;
- Меркаптан
Реагенты пенообразователи
Качество пени играет одну из ключевых ролей в эффективности флотации. Существует группа добавок, которые направлены на улучшение пенообразования. Они предохраняют пузыри воздуха от разрушения, делая их упругими и значительно стабилизируя пенную массу. Это дает возможность удалить как можно больше загрязнителей из сточных вод. Такими стабилизаторами для пены являются:
- Масло сосны;
- Крезол;
- Фенолы и много других веществ
Реагентное хозяйство
В некоторых методах флотации для улучшения эффекта очистки используются следующие реагенты:
- реагенты для корректировки pH – это кислоты и щелочи, которые добавляются в воду для обеспечения нормальных условий работы коагулянта и флокулянта;
- коагулянты – реагенты, которые способствуют хлопьеобразования и представляют собой соли железа и алюминия;
- флокулянты – реагенты, которые создают более крупные и устойчивые хлопья (флокулы) и представляют собой полиакриламидные соединения.
Основными минусами наличия реагентного метода обработки воды являются необходимость присутствия персонала, а также площади, которые надо выделять под емкости и реакторы
Также очень важно правильно подобрать дозу реагентов, что возможно только эмпирическим путем
Очистка методом флотации
В переводе с французского языка слово «флотация» переводится как «плавать». Название характеризует принцип процедуры. Флотация – это метод удаления твёрдых взвесей и органики из сточных вод путём группировки частиц на границе фаз газа и жидкости (на поверхности).
На очистных станциях флотация применяется для разделения жидкостей, ускорения процессов удаления продуктов, производных от нефти. Флотация, помимо очистки, применяется в горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, где за счёт процедуры происходит обогащение полезных ископаемых.
В зависимости от создаваемой среды фазы выведения загрязнений (газ-вода-масло), выделяется три вида флотационной очистки:
- Плёночная. Создание плёнки из частиц, которые плохо смачиваются водой. К ней прилипают загрязнения.
- Пенная. В стоки подаются пузырьки воздуха, которые, поднимаясь, забирают частицы загрязнений, формируют пену на поверхности. Применяется с добавлением специальных пенообразователей, для придания устойчивости поднимаемой пене с загрязнениями. После механического удаления, пена сгущается и фильтруется.
- Масляная. С маслом на поверхность жидкости поднимаются загрязнения, которые удаляются и перерабатываются.
Наибольшую эффективность для очистки стоков имеет пенная разновидность, по этой причине она применяется наиболее часто.
Флотация относится к группе физико-химических методов очистки, что подразумевает применение принципов и технологий, основанных одновременно на физических и химических принципах.
Флотационная технология максимально эффективна при системной очистке, в качестве этапа, идущего после механического удаления загрязнений. После отстаивания и фильтрации в стоках остаётся большое количество мельчайших взвешенных частиц, которые и призвана удалить рассматриваемая технология.
Метод флотации лучше всего подходит для удаления из жидких стоков жиров, производных из нефти, поверхностно-активных веществ и пр.
Эффективность очищения сточных вод методом флотации зависит от многих факторов
Эффективность флотации зависит от ряда факторов, которые нужно учитывать при проведении мероприятий по удалению загрязнений:
- Концентрация в стоках плохо смачиваемых элементов. Чем больше таких примесей, тем выше эффективность процесса. Для повышения гидрофобности (смачиваемости) дополнительно применяются специальные реагенты.
- Пузырьки кислорода должны иметь оптимальные объёмные и размерные параметры. Слишком маленькие пузырьки будет забирать мало частиц и не доходить до поверхности (растворяться). Слишком большие будут подниматься на поверхность слишком быстро, забирая с собой небольшое количество загрязнений.
- Количество кислорода и его распределение по поверхности жидкости должно быть достаточным и равномерным.
Преимущества:
- Низкая стоимость.
- Простое устройство оборудования.
- Нет необходимости использовать большие пространства и площади.
- Низкий уровень трудозатрат при обслуживании, возможность полной автоматизации.
- Высокая эффективность.
- Высокая скорость очистки.
- Эффективность борьбы с нефтепродуктами, жирами и маслами.
Недостатки:
- Избирательное действие, забираются не все загрязнения.
- Необходимость, при определённых обстоятельствах, применять дополнительные реагенты.
- Тонкость настроек и постоянный контроль параметров подаваемых пузырьков воздуха. Нарушение настроек делает процесс неэффективным.
