Модульний пристрій комбінованої очистки стічних вод від завислих речовин та диспергованих нафтових забруднень

Модульний пристрій комбінованої очистки стічних вод від завислих речовин та диспергованих нафтових забруднень, що складається з корпусу, в середньому ярусі якого розташовані розподільна система труб для підведення стічної води в тонкошарові канали та збірна система труб, яка вище розташована, для відведення спливаючих нафтових забруднень, тонкошарові канали між цими системами труб; в верхньому ярусі корпус складається з фільтрувальних коалесцентних блоків з плаваючим зернистим завантаженням, лотків для відведення спливаючих нафтозабруднень, порожнини і трубопроводу для відведення очищеної води, в нижньому ярусі корпус складається з подовжніх бункерів для збирання та щілинних труб для відведення осаду, який відрізняється тим, що тонкошарові канали утворюються поліетиленовою плівкою, яку натягнуто та закріплено на трубах розподільної та збірної систем середнього ярусу корпусу, а фільтрувальні коалесцентні блоки розташовані в верхній частині корпусу і примикають до тонкошарових каналів, крім одного останнього, при цьому всі фільтрувальні коалесцентні блоки виконані трапецієвидної форми, а останній з них сполучений з порожниною, яка оснащена трубопроводами відводу з корпусу очищеної води та осаду. UA (11) (21) a200907061 (22) 06.07.2009 (24) 26.04.2011 (46) 26.04.2011, Бюл.№ 8, 2011 р. (72) ШЕРЕНКОВ ІГОР АРКАДІЙОВИЧ, АРХІПОВ ОЛЕГ ВОЛОДИМИРОВИЧ, НІКУЛІН СЕРГІЙ ЮХИМОВИЧ, ОНИЩЕНКО НАТАЛІЯ ГРИГОРІЇВНА, ОСИКА НАДІЯ ВОЛОДИМИРІВНА (73) ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ (56) SU 1268190 A1 46.11.1986 SU 1439086 A1 23.11.1988 SU 1761197 A1 15.09.1992 SU 1263647 A1 15.10.1986 RU 2013375 C1 30.05.1994 SU 1674895 A1 07.09.1991 RU 94036675 A1 27.07.1996 SU 994423 A 07.02.1983 SU 1423502 A1 15.09.1988 US 4149973 A 17.04.1979 Перевалов В.Г., Алексеева В.А., Очистка сточных вод нефтепромыслов. - М.: Недра, 1969. - С. 53-67 Карелин А.Я., Попова И.А., Евсеева Л.А., Евсеева О.Я. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. - М.: Стройиздат, 1982. - С. 20-27, 58-77 Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. - М.: Недра, 1987. - С. 66-77, 135- 144 Берне Ф., Кордонье Ж. Водоочистка. Очистка сто C2 2 (19) 1 3 ному руху води, що очищається, сепарація забруднень відбувається під дією сили ваги та архімедової сили. Найбільш ефективними пристроями, в яких використовується така сепарація, є окремі тонкошарові типові нафтоуловлювачі, наприклад [1, 2]. В цих нафтоуловлювачах ефективно затримуються грубодисперсні забруднення з ефектом очистки до 93 %. Разом з тим, нафтоуловлювачам такого типу властиві певні недоліки. По-перше, залишковий вміст нафтопродуктів після очистки знижується лише до 70 мг/дм3, що не дозволяє таку очищену стічну воду скидати в каналізаційну мережу або в ріки та водойми без значного розбавлення для досягнення гранично допустимої концентрації нафтових забруднень, яка становить 0,05 мг/дм3. Подруге, в такому тонкошаровому нафтоуловлювачі практично не очищаються емульсовані нафтопродукти. По-третє, на жорстких листах, які утворюють тонкошарові канали, відбувається налипання грубих нафтових частинок, особливо важких фракцій нафти, і при значних концентраціях нафтозабруднень епізодично відбувається залипання тонкошарових каналів, що призводить до необхідності їх трудомісткого прочищення або розбирання та збирання нафтоуловлювача. Коалесцентні фільтри з зернистим завантаженням [3] дозволяють підвищити ефект очистки від диспергованих нафтозабруднень. Але цим фільтрам властиві певні недоліки, які пов'язані, перш за все, зі складністю системи подачі, розподілу і відведення технологічних вод в герметичному корпусі. По-друге, ефективність очистки знижується в зв'язку з нерівномірним розподілом потоку стічних вод по перерізу фільтра, що також знижує можливість якісної регенерації фільтруючого завантаження та ремонтоздатність фільтра. Прототипом відносно тонкошарового модуля може бути двосекційний тонкошаровий нафтоуловлювач [3]. В корпусі цього тонкошарового нафтоуловлювача розміщена система трубопроводів для подачі стічної води і її розподілу по тонкошарових блоках, тонкошарові блоки для відстоювання важких завислих частинок та спливаючих легких завислих частинок, скребковий механізм переміщення осаду та спливаючої нафти для наступного відведення на утилізацію. Прототипом відносно фільтраційного модуля може бути типовий коалесцентний фільтр французької фірми "Дегремон" [3, 4]. Фільтр складається з ємності, завантаженої зернистим матеріалом, системи трубопроводів для підведення стічної води і відведення уловлених нафтопродуктів, системи трубопроводів для промивки фільтра. Весь фільтр розміщений в герметичному корпусі і працює під напором. Зазначеним прототипам властиві недоліки, які притаманні типовим тонкошаровим нафтоуловлювачам і коалесцентним фільтрам. В основу винаходу, що зaявляється, поставлено задачу підвищення ефективності очистки води від нафтозабруднень та завислих частинок, в результаті усунення недоліків прототипу шляхом створення модульного пристрою для ефективної комбінованої очистки нафтовмісних і забруднених 94302 4 важкими завислими частинками стічних вод, в якому суміщаються процеси тонкошарового відстоювання більш великих нафтових частинок в тонкому шарі і сепарації з ефектом коалесценції більш дрібних нафтових та завислих частинок при фільтрації води через плаваюче завантаження, забезпечення рівномірного розподілу потоків води проміж тонкошаровими елементами системою розподільних труб та за рахунок гідравлічного опору плаваючого завантаження. Поставлена задача вирішується шляхом об'єднання тонкошарового нафтоуловлювача з еластичними поліетиленовими каналами, утвореними з гнучких поліетиленових плівок, з блоками коалесцентного фільтра, заповненими плаваючим зернистим завантаженням. Завдяки послідовному розміщенню по ходу течії стічної води, що очищається, за тонкошаровим коалесцентним нафтоуловлювачем зернистого поліетиленового або полістирольного коалесцентного фільтра, забезпечується ефект коалесценції між спливаючими в тонкошаровому каналі частинками нафтозабруднень і поліетиленовою плівкою, а також забезпечується ефективне спливання вверх нафтових забруднень за рахунок гнучкості та гладкості поліетиленової плівки, яка утворює тонкошарові канали, і тим самим недопущення залипання тонкошарового простору завислими частинками і частинками нафтозабруднень. На фіг. 1, фіг. 2, фіг. 3 представлено схеми перерізу Б-Б, плану, перерізу А-А, відповідно, модульного пристрою комбінованої очистки стічних вод від завислих речовин та диспергованих нафтових забруднень. На фіг. 4 представлено схему натягу поліетиленової плівки для утворення тонкошарових каналів. На фіг. 5 представлено схему блока коалесцентного фільтра. На фіг. 6 представлено схему руху потоку води, плівки спливаючих нафтових забруднень і осаду з великих твердих частинок. Модульний пристрій комбінованої очистки стічних вод від завислих речовин та диспергованих нафтових забруднень складається з корпусу 1, який прямокутний в плані (фіг. 2) і має три яруси (фіг. 1, фіг. 3). Нижній ярус корпусу 1 (фіг. 1, фіг. 3) має вигляд подовжніх бункерів 2 для збору осаду із важких мінералізованих частинок. Понизу подовжніх бункерів 2 прокладні щілинні труби 3 для відведення осаду. Середній ярус корпусу 1 (фіг. 1, фіг. 2, фіг. 3) має прямокутний в плані переріз з постійною по висоті шириною і довжиною. В поперечному напрямку середнього ярусу корпусу 1 розташована розподільна система щілинних труб 4, що підводять стічну воду на обробку, які об'єднані зовні корпусу 1 в колектор 5. В верхній частині цього середнього ярусу розташована збірна система щілинних труб 6 для відведення прошарку спливаючих нафтових забруднень. Ця система труб 6 зовні корпусу 1 об'єднана в колектор 7 відведення затриманих забруднень. В середньому ярусі корпусу 1 розташована поліетиленова плівка 8 ("панчоха"), яка утворює тонкошарові канали 9. Поліетиленова плівка 8 ("панчоха") розтягується на збірно-розподільній системі труб 4 і 6 під кутом 5 45°. На збірній системі щілинних труб 6 поліетиленова плівка 8 закріплюється за допомогою фіксаторів 10, а знизу на розподільній системі щілинних труб 4 поліетиленова плівка 8 ("панчоха") фіксується і натягується за рахунок противаги 11 (арматури), яка просмикнута в поліетиленову плівку "панчоху" (фіг. 4). В верхньому ярусі корпусу 1 (фіг. 3, фіг. 1), який розширюється в поперечному розрізі доверху, розташовані фільтрувальні коалесцентні блоки 12, в яких розміщується плаваюче зернисте завантаження 13. В корпусі 1 вище поверхні фільтрувальних блоків 12 знаходяться горизонтальні щілини 14, з зовнішньої сторони до яких примикають лотки 15 для відведення нафтових забруднень, які спливають. З торцевої сторони корпусу 1 до лотків 15 примикають труби 16 для відведення нафтових забруднень. Ззовні до корпусу 1 примикає трубопровід відведення очищеної стічної води 17 з порожнини 18. Також до цієї порожнини на рівні осадового приямку 19 примикає трубопровід 20 відведення осаду, який додатково осаджується в порожнині 18. Корпус 1 має опори 21. Окремий блок коалесцентного фільтра 12 являє собою корпус у вигляді зрізаної чотиригранної піраміди (фіг. 5), з верхньою та нижньою основами, виконаними із сітки, для утримання плаваючого зернистого завантаження. Форма блока фільтра в вигляді зрізаної піраміди дозволяє легко виймати кожен блок для його заміни та регенерації, а посадка блока на гумові або дерев'яні прокладки в корпусі забезпечує непротікання води в щілинах між корпусом апарата та корпусом блока коалесцентного фільтра. В запропонованому пристрої, як і в прототипах, потік розподіляється по тонкошарових проміжках, використовується зернисте фільтруюче завантаження для досягнення ефекту коалесценції у товщі завантаження, але на відміну від прототипів, для створення тонкошарових каналів застосовується еластична поліетиленова плівка, натягнута на збірно-розподільну систему, а у верхній частині пристрою встановлено фільтрувальні коалесцентні блоки трапецієвидної форми з плаваючим зернистим завантаженням. Модульний пристрій комбінованої очистки стічних вод від завислих речовин та диспергованих нафтових забруднень працює наступним чином. Стічна вода, забруднена важкими завислими частинками та диспергованими частинками нафто забруднень, подається на обробку по колектору 5 і далі по розподільних щілинних трубах 4, стічна вода потрапляє в тонкошарові проміжки 9, де відбувається відділення важких завислих частинок під дією сили ваги та подальше сповзання утвореного осаду по нижній грані тонкошарового каналу 9 (фіг. 6), тобто по поліетиленовій плівці 8, до бункера 2. Відділення легких грубодисперсних завислих частинок нафтозабруднень відбувається під дією архімедової сили, а подальше відведення їх з тонкошарового проміжку відбувається через щілинні труби 6 і далі по колектору 7 на подальшу утилізацію. Частково очищена стічна вода далі потрапляє на коалесцентні фільтрувальні блоки 12 з плаваючим зернистим завантаженням 13, де 94302 6 відбувається підвищення ефекту очистки внаслідок ефекту сепарації та коалесценції тонкодисперсних та емульсійних забруднень в товщі плаваючого зернистого завантаження. З надфільтрового простору через щілини 14 у корпусі 1 до лотків 15 і далі по трубопроводу 16 відводяться спливаючі грубодисперсні нафтові забруднення, які утворилися завдяки ефекту коалесценції в товщі фільтруючого завантаження. Горизонтальний потік очищеної стічної води в надфільтровому просторі рухається до крайнього фільтрувального блока 12, а і далі, проходячи до порожнини 18, відводиться по трубопроводу 17 на подальше використання. Осад, який накопичується у бункері 2, а також в осадовому приямку 19 періодично відводиться по щілинних трубах 3 та трубопроводу 20 за межі корпусу 1 пристрою на подальшу утилізацію. Для забезпечення регенерації плаваючого фільтруючого завантаження 13, фільтрувальні коалесцентні блоки 12 періодично послідовно витягаються і промиваються гарячою парою або водою. При вичерпанні експлуатаційних можливостей поліетиленових плівок 8, вони замінюються на нові. Утворення тонкошарових каналів за рахунок поліетиленової (гнучкої) плівки має перевагу перед каналами, які виконані з жорстких матеріалів, в тому, що це дозволяє подовжити уникнення їх залипання та поліпшити процес пересування нафтових забруднень у верхньому напрямку і твердих забруднень у нижньому напрямку за рахунок хвильових коливань плівки в процесі очищення води. Крім того, таке виконання дозволяє, у разі потреби, виконати інтенсивне очищення їх поверхні за рахунок збільшення (зменшення) витратної характеристики стічної води, яка подається на модульний пристрій. При цьому за рахунок утворення на деякий час імпульсної подачі стічної води збільшується інтенсивність хвильових коливань плівки і відбувається інтенсивне її очищення в процесі роботи без зупинки пристрою. Останнє, а також можливість її легкої заміни підвищує експлуатаційні показники пристрою в цілому. Утворення тонкошарових каналів за рахунок натягнення плівки на збірно-розподільну систему дозволяє: по-перше, зменшити металоємність пристрою за рахунок використання як конструктивного жорсткого елемента натягнення плівки - труб збірно-розподільної системи; по-друге, дозволяє відокремити кожний канал від інших з використанням індивідуальних трубопроводів по підводу та відведенню стічних вод до/з кожного каналу. Останнє дозволяє підвищити ступінь очищення води за рахунок можливості диференційованого підходу до експлуатації окремих тонкошарових каналів та блоків коалесцентних фільтрів з точки зору індивідуального змінення питомого навантаження стічних вод на кожний канал; вибору часу для інтенсивного індивідуального очищення кожного каналу та блока фільтрів залежно від ступеня їх забруднення. Розміщення зверху та примикання до тонкошарових каналів встановлених блоків коалесцентних фільтрів, в яких розміщене плаваюче зернисте завантаження, дозволяє забезпечити: з одного боку - опір достатнього рівня для підвищення ефе 7 кту коалесценції дрібнодиспергованих і емульсованих краплин нафтопродуктів в фільтруючому завантаженні; з другого буку - опір достатнього рівня для запобігання проникненню грубодиспергованих нафтопродуктів у “тіло” фільтруючого завантаження, їх накопичення у верхній частині каналів під фільтрами та видалення в міру необхідності з пристрою за допомогою трубопроводу збірно-розподільної системи. Це дозволяє підвищити ступінь очищення стічних вод від емульсованих нафтопродуктів, збільшити термін між промивками каналів та регенераціями блоків фільтрів і таким чином поліпшити експлуатаційні показники пристрою. Виконання встановлених блоків коалесцентних фільтрів трапецієвидної форми дозволяє забезпечити потрібний гідравлічний режим руху води в фільтруючому завантаженні, при виході води з фільтруючих блоків та над блоками. А саме: постійне зменшення швидкості руху води в блоках для збільшення ефекту коалесценції емульсованих нафтопродуктів на краплинах дрібнодиспергованих нафтопродуктів; забезпечення постійних швидкостей руху коалесційованих краплин масел до щілин для їх видалення та води до останнього фільтрувального блока 12, а задля її тонкого доочищення та відводу з пристрою. Крім того, така форма дозволяє зменшити час заміни фільтрувального блока при необхідності його регенерації. Таким чином, запропоноване виконання фільтрувальних блоків дозволяє покращити технологічні та експлуатаційні показники роботи пристрою, підвищити ефект очищення стічних вод. Технологічні випробування модульного пристрою за винаходом проводили в промислових умовах на стічній воді з "забрудненого" оборотного циклу локомотивного депо (ділянка миття деталей тепловозів, колісних пар; миття полови; стоки котельної і пральні). До складу забрудненої стічної води входили індустріальні, турбінні та інші мастила та емульсол Е 2-Є Д 2. Результати експериментів наведені в таблиці. Стічну воду подавали на модульний пристрій під тиском 0,1÷0,2 МПа. Вихідна стічна вода, яку подавали для очищення, містила: - завислі речовини з крупністю частинок (в масовому співвідношенні) 0,1÷1,0 мкм (23 %), 1,0÷5,0 мкм (39 %), 5,0÷40,0 мкм (25 %), 40,0÷100,0 мкм (13 %) та концентрацією 11,0÷120,0 мг/л; 94302 8 - нафтопродукти (мастила) з крупністю умовних краплин (в масовому співвідношенні) 0,1÷1,0 мкм (45 %), 1,0÷5,0 мкм (11 %), 5,0÷20,0 мкм (10 %), 20,0÷100,0 мкм (34 %) та концентрацією 0,75÷17,0 мг/л. Наведений склад промислових стічних вод за фракційним складом та масовою часткою твердих частинок і умовних краплин мастила практично збігається з якістю річкової води, яка подається на установки підготовлення (фільтруванням) питної води, а також технічної (підживлювальної) води, яку використовують для підживлювання оборотних циклів промислових підприємств з поверхневих водойм (річок, озер). У цих випадках максимальні концентрації завислих речовин та мастил спостерігаються під час паводків, а мінімальні - в міжпаводкові періоди. В досліді № І наведено опосередковані результати випробувань запропонованого модульного пристрою за винаходом, в досліді № ІІ - результати випробувань щодо очищення води послідовно: в двосекційному тонкошаровому нафтовловлювачі; типовому коалесцентному фільтрі, конструктивно аналогічному фільтру фірми "Дегремон", за прототипами. Переваги наведених технологічних характеристик як для техніки очищення промислових стічних вод, так і для умов підготовлення води питного призначення та технічної (підживлювальної) води для промислових підприємств, що містять механічні забруднення, у тому числі до 59 % високодисперсних (0,1÷5,0 мкм) завислих (твердих) частинок та до 45 % емульсованих і розчинених (з умовним розміром краплин 0,1÷1,0 мкм) фракцій мастил, підтверджують підвищену ефективність очищення від зазначених забруднень та більш високі технологічні параметри пристрою за винаходом в порівнянні з прототипами. Таким чином, в пристрої забезпечується висока ефективність очистки стічної води від важких і легких завислих частинок та нафтопродуктів за рахунок тонкошарового відстоювання, фільтрування та коалесценції. Також забезпечується проста і легка процедура переобладнання тонкошарового нафтоуловлювача шляхом зняття верхніх фільтраційних модулів, зняття пошкодженої плівки та заміни її на нову, досягається простота в експлуатації та високий рівень ремонтоздатності пристрою. 9 94302 10 Табли № досліду № експерименту 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 І ІІ Технологічні показники Ефективність очищення, Питомі ви Залишковий вміст, мг/л % трати пром Середня швид- Грязеємність Тривалість вної води кість фільтруфільтруючого 3 3 фільтроциклу, м /м заван Завислі Нафтопродукти Завислі Нафтопродукти вання (продук- завантаження, год. таження н 3 тивність), м/год. кг/м речовини (мастила) речовини (мастила) одне пром вання 4 5 6 7 8 9 10 11 1,1-8,4 0,14-2,6 90-93 81-85 10-15 90-100 30-48 1,3-10,8 0,17-1,7 88-91 78-90 10-15 80-90 30-48 1,0-9,6 0,14-2,7 91-92 81-84 10-15 90-100 36-60 1,2-9,6 0,17-1,5 89-92 78-91 10-15 80-90 36-60 6,6-39,6 0,53-8,8 40-67 30-48 5-10 50-60 12-16 8-12 8,4-30 0,43-6,8 24-75 42-58 5-7 40-50 10-12 10-12 3,7-18,0 0,34-3,6 66-85 54-79 5-8 70-90 16-20 12-15 2,9-16,8 0,17-3,4 74-86 78-80 4-5 40-60 8-10 14-16 11 94302 12 13 94302 14 15 94302 16 17 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 94302 Підписне 18 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601