Установка для очистки маслоэмульсионных сточных вод

Предназначена для очистки от нефтепродуктов с последующей их утилизацией маслоэмульсионных сточных вод, представляющих собой очень стойкие и концентрированные маслоэмульсионные смеси, содержащие в среднем 40 г/л нефтепродуктов.

Рекомендуется для применения на предприя­тиях цветной металлургии, машиностроения, хими­ческой и нефтеперерабатывающей промышленно­сти.

В основу технологии заложен термический спо­соб разложения концентрированных маслоэмульси­онных смесей, позволяющий эффективно разрушать эти смеси и получать сточную воду, очищенную от нефтепродуктов, и масло, годное к утилизации. Тех­нологическая схема осуществляется в непрерывном режиме. Установка (рисунок 5.7) работает следующим образом.

Рисунок 5.7. Схема цепи аппаратов установки для очистки маслоэмульсионных сточных вод:

/ - накопительная емкость (20 м³); 2 - отстойник (7 м³); 3 - промежу­точная емкость (2,5 м³); 4 - терморазделитель; 5,6- отстойники (2,5 м³); 7 - маслосборник; 8 - насос; 9-14 - вентили; 15 - емкость для слива водной фазы; 16 - пульт управления; /7-ТЭН мощностью 2,5 кВт для предварительного нагрева маслоэмульсионной смеси; 18 - ТЭНы мощностью I кВт (12 шт.) для поддержания температуры разложения; 19 -термометры электроконтактные

Маслоэмульсионные сточные воды цеха посту­пают в емкость /, служащую накопителем. Из нако­пителя сточные воды насосом закачиваются в от­стойник 2, в котором осуществляется автоматиче­ское поддержание уровня с помощью регулятора уровня, заблокированного с насосом. Кроме того на­сос может включаться и отключаться в ручном режиме, причем на случай перелива при ручном об­служивании имеется переливная труба (обратка).

Из отстойника 2 самотеком верхний слив кон­центрированной эмульсии перетекает в промежу­точную емкость 3, уровень в которой устанавливает­ся по производительности основного аппарата с по­мощью вентилей 9 и 10. Нижний слив отстойника 2 — водная фаза — сливается периодически (в зави­симости от степени концентрации исходной эмуль­сии) в емкость 15.

Из промежуточной емкости 3 эмульсия дозиру­ется в терморазделитель, представляющий собой че­тырех камерный аппарат принципиально новой кон­струкции профилированной крышкой, в полость ко­торой, являющейся стенками аппарата, вставляются ТЭНы 18 и засыпаются теплопроводными опилками или мелкой стружкой вайербарсовой меди. В каждой стенке по три ТЭНа. Кроме того, в первой камере имеются дополнительные стержневые ТЭНы 17. Общая мощность установки — 14,5 кВт. Обтекая подогреваемые стенки, эмульсия, медленно и рав­номерно прогреваясь до заданной температуры, раз­лагается на водную и масляную фазы. Регулирова­ние температуры осуществляется автоматически с помощью датчиков, связанных с электроконтактны­ми термометрами, установленными в каждой каме­ре. Управление осуществляется со специального пульта. По достижении в терморазделителе темпера­туры 96 °С разложенная на составляющие смесь на­чинает переливаться в отстойник 5. По его заполне­нии в течение суток поток переключается на отстой­ник 6, а смесь в отстойнике 5 отстаивается в течение суток для достижения более полного расслаивания масляной и водной фаз. По истечении суток верхняя (масляная) фаза из отстойника переливается в мас­лосборник, откуда периодически централизованно направляется на нефтебазу. Нижняя (водная) фаза сливается через нижний конусный слив отстойника в емкость 15. Освободившийся отстойник ставится на заполнение, а заполненный — на отстаивание в те­чение суток (чередование).Водная фаза из емкости 15 перекачивается во внешний накопитель (500 м³), где отстаивается в те­чение длительного времени. Водная фаза из накопи­теля периодически сбрасывается в хвостохранилище, верхний слив с остатками масляной фазы воз­вращается на установку для дополнительной очист­ки от масел с целью их утилизации.

Основные данные

Производительность установки по маслоэмульсионным 6

сточным водам, м³/сутки

Производительность установки по концентрированной 2

эмульсии, м³/сутки

Температура разложения эмульсии, °С 96-98

Содержание нефтепродуктов в исходной смеси, г/л 20

Степень разложения эмульсии, % 100

Продолжительность отстаивания после термораздели- 24

теля, ч.

Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/м³ 25

Остаточное содержание нефтепродуктов в воде Нет

Количество масла, получаемого в результате разложе- 2-20

кия (в зависимости от исходного содержания), %

рН масляной фазы 7-8

Содержание воды в масляной фазе, %, не менее - 1.

Разработанный метод позволяет полностью разрушать стойкие концентрированные маслоэмульсионные смеси, при этом в очищенной воде достига­ется практически полное отсутствие нефтепродук­тов. Масло, получаемое после термического разло­жения смесей, пригодно для сдачи на нефтебазу в целях дальнейшей утилизации. По стоимости очист­ки разработанный способ превышает уровень луч­ших отечественных и зарубежных аналогов в 2-3 раза.

Мембранная технология

Эти способы основаны на разделении отрабо­танных СОЖ с помощью полупроницаемых мем­бран, пропускающих воду и задерживающих раство­ренные и эмульгированные частицы. В практике обезвреживания находят применение ультрафильт­рация и обратный осмос, проводимые, соответст­венно при перепадах давлений 0,2-1,0 и 1-8,0 МПа. Эффект очистки (по эфирорастворимым веществам) составляет до 99,5 %.

Движущей силой ультрафильтрации является перепад давлений на мембране. Течение жидкости в порах мембраны подчиняется закон Пуазайля. Движущая сила обратного осмоса — разность меж­ду внешним давлением жидкости над мембраной и осмотическим давлением раствора.

Перспектива применения мембранных способов базируется на возможности малоэнергоемкого раз­деления и утилизации водной и органической фаз. Вода используется при приготовлении новой партии СОЖ, а органическая фаза — как добавка к жидкому топливу, либо как компонент СОЖ.

Полупроницаемые мембраны должны обладать высокими проницаемостью (производительностью), селективностью (разделяющей способностью), ус­тойчивостью к действию перерабатываемых сред, постоянством характеристики, механической проч­ностью, низкой стоимостью.

Ультра­фильтрационные мембраны характеризуются боль­шим размером пор и невысоким рабочим давлением процесса. Ацетилцеллюлозные мембраны имеют двухслойную структуру. Верхний слой — плотный мелкопористый, нижний — рыхлый крупнопорис­тый. Толщина его составляет около 99 % обшей толщины мембраны. Основной недостаток ацетил-целлюлозных мембран — недостаточная стойкость в агрессивных средах и существенное уплотнение при давлениях выше 5 МПа.

На срок службы мембран оказывают влияние рН исходного раствора.

Современные мембранные элементы состоят из полупроницаемой мембраны и опорного дренажа. Имеется три группы мембранных элементов на ос­нове листовых мембран (плоскокамерные и рулон­ные), трубчатых мембран (трубчатые и стержневые) и полого волокна. Для первых двух групп мембран необходим опорнодренажный каркас. Элементы мембран третьей группы не имеют подложек. Они представляют собой пучки волокон, уложенных во­круг дренажной трубы.

Наиболее эффективной является конструкция с полым волокном. Ацетилцеллюлоз­ные мембраны на основе полых волокон изготовля­ются в виде трубок диаметром 5-10 мкм с отноше­нием диаметра к толщине равным 4. Такая конст­рукция позволяет вести процесс при высоком давле­нии без специальных поддерживающих дренажных устройств, аккумулируя в единице объема аппарата 3000-30000 м²/м^!.

Принципиальная схема установки для разделе­ния эмульсии ультрафильтрацией показана на рисунке 5.8. Отработанная эмульсия из приемной ем­кости 1 насосом 8 через напорный 7 и магнитный 6 фильтры подается в мембранный аппарат 4. Фильт­рат (водная фаза) непрерывно отводится из установ­ки в емкость 5, а масляный концентрат направляется в емкость 1. В конце процесса разделения с помо­щью вентелей перекрывается подача эмульсии в ап­парат 4 и оставшийся концентрат перекачивается насосом 8 в разделительную емкость 3, оборудован­ную паровым регистром, где расслаивается на орга­ническую и водную фазы. Органическая часть нака­пливается в сборнике 2, а вода сливается в емкость 1 и вместе с новой порцией отработанной эмульсии направляется на разделение.

Рисунок 5.8. Принципиальная схема установки очистки отра­ботанной СОЖ ультрафяльтраааев:

/ - разделительная емкость; 2 - сборник масла; 3 - приемная ем­кость; 4 - ультрафильтрационный аппарат, 5 ~ сборник фильтра­та; 6, 7- соответственно магнитный и напорный фильтры; «-насос

Важным вопросом является возможность ис­пользования полученного фильтрата для технологи­ческих целей производства, в частности для приго­товления новой партии СОЖ. Например, экспери­ментально установлено, что для приготовления СОЖ (Укринол-1, Аквол-11) пригоден фильтрат с ХПК до 1 г О₂/л. Очистка с помощью полупрони­цаемых мембран обеспечивает извлечение из отра­ботанных СОЖ до 90 % воды.

К недостаткам мембранных процессов следует отнести необходимость предварительной подготов­ки раствора. Обязательной является очистка от дис­персных частиц размером до 20 мкм; ограничено содержание железа и солей жесткости; для соблюде­ния требуемого значения рН необходимо подкисле-ние либо подщелачивание раствора; для ацетилцел-люлозных мембран содержание хлора не должно превышать 1 мг/л. Чтобы обеспечить все эти требо­вания применяют различные методы очистки, в том числе фильтрование, флотацию, коагуляцию, ад­сорбцию, ионный обмен. Так, для улавливания кол­лоидных частиц может использоваться разработан­ный комбинированный патрон — пористая мембра­на, покрытая слоем ионообменной смолы толщиной 12-1Змм. Снаружи слой смолы защищен сеткой. Ионообменная смола кислотного или щелочного ти­па имеет размер частиц 20-100 мкм и средний диа­метр пор ~7хЮ⁴А. При перемешивании на частицах образуется мощный электростатический заряд, и слой превращается в высокоэффективный электро­статический фильтр.

Следует отметить, что в процессе обратноосмотического перехода растворителя через мембраны в пограничном слое у поверхности последней возрас­тает концентрация растворенного вещества (концен­трационная поляризация). При этом снижается дви­жущая сила процесса, и как следствие, уменьшаются проницаемость и селективность мембраны.

Концентрационная поляризация способствует возникновению условий для осаждения на поверх­ности мембраны слаборастворимых солей (Са5О₄, СаСО_а), высокомолекулярных органических соеди­нений, закупоривающих поры и снижающих эффек­тивность процесса. Для уменьшения воздействия этих факторов применяется турбулизация потока над мембраной.

Экономическая эффективность мембранных способов очистки определяется капитальными вло­жениями и эксплуатационными затратами на уста­новку. Весьма существенную долю капиталовложе­ний составляют мембраны и мембранные аппараты (до 40 %), что объясняется высокой стоимостью по­лупроницаемых мембран. Остальные составляющие капиталовложении: стоимость оборудования, арма­туры, трубопроводов, электрооборудования, кон­трольно-измерительных приборов и автоматики, зданий и др. Оборудование и трубопроводы выпол­няются из дорогостоящих коррозионно-стойких ста­лей. В будущем широкое применение разного рода полимеров для специальных покрытий трубопрово­дов и емкостей, а также нанесение антикоррозион­ных металлических покрытий, позволит снизить ка­питаловложения в установки ультрафильтрации.

Некоторые пути утилизации отработанных СОЖ

При обезвреживании СОЖ методом выпарива­ния, образующийся конденсат и сгущенный остаток можно легко утилизировать.

Таблица 5.2 Характеристики выделенных конденсатов

Показатель	Наименование СОЖ
	Карбамол	кринол
РН	6-7	7,5
Содержание веществ, экстрагируемых 4-х -хлористым углеродом, мг/л	50-150	100
Растворенный кислород, мг/л	6,3	6,3
Жесткость, мг-экв/л: общая кальциевая	Отс.	0,06 0,038
Микробопоражаемостъ, (за трое суток), клеток/мл	1-6	1-6
Поверхностное натяжение, Н/м	40	—

Анализ основных технологических показателей конденсата, полученного после переработки СОЖ, показывает, что его качество при обработке различ­ных СОЖ примерно одинаково и позволяет успешно использовать для приготовления новой партии жид­кости. Следует отметить, что после отстаивания конденсата в течение двух часов, содержание орга­нических веществ в нем сокращается на порядок.

В таблице 5.3 даны сравнительные характери­стики обезвоженного масляного концентрата и ма­зута, сравнивая которые можно определить области применения масляного концентрата, например, в ка­честве добавки к топливу (мазуту М-200).

Таблица 5.3 Сравнительная характеристика выделенных концентратов

Показатель	Концентрат после переработки СОЖ			Укринол-1	Мазут М-200
	Э-2	эг	НГЛ-205
Вязкость, м2/с	42,1	42,5	43,2	44,2	37
Плотность, кг/м-1	968	969	920	964	700
Содержание механических примесей, %, по массе	1,22	1,22	1,22	1,8	2,5
Зольность (общая), %, по массе	0,23	0,23	0,25	0,20	0,15
Содержание воды, %	2,9	2,9	3,15	3,2	5
Температура вспышки в открытом тигле, °С	178	180	170	130	140
Теплотворная способность, МДж/кг	37,2	37,2	37,6	37,4	40,2

В производстве в большом количестве для тех­нологических целей используются несмазочные масла (масла, не имеющие характерного признака, определяющего условия их применения). Наиболее целесообразна замена концентратами следующих масел: отопительных, получаемых из цеховых дистиллятов и различных каменноугольных масел и фракций для энергетических целей; используемых для подсвечивания пламени для карбюрирования газа, идущего на обогрев мартеновских печей: - применяемых для производства активной сажи.

В производстве строительных керамических материалов в качестве корректирующих добавок, регулирующих свойства исходного сырья и готовой продукции, применяются отходы нефтехимических производств (битумы, нефтешлам), а также отрабо­танные СОЖ.

Использование отработанных СОЖ в строи­тельной промышленности исключает организацию их переработки на машиностроительных заводах. За последними останутся лишь вопросы сбора и транспортировки.

200