Физико-химическая очистка нефтесодержащих сточных вод
3.1 Общие положения
Методы механической очистки позволяют выделить из воды частицы нефтепродуктов размерами от 10 мкм и более. После нефтеловушек и отстойников дополнительного отстаивания содержание нефтепродуктов в сточной воде составляет 100-150 мг/л. Вода с таким содержанием нефтепродуктов не может быть возвращена в производство или подана на сооружения биологической очистки. Кроме того, оставшиеся в воде чрезвычайно малые по размерам дисперсные примеси образуют устойчивую эмульсионную систему. Эти загрязнения могут быть выделены из воды только физико-химическими методами.
Из множества методов и сооружений физико-химической очистки наибольший интерес для практического применения при очистке нефтесодержащих сточных вод представляет флотация [1,10].
Флотация – способ извлечения дисперсных частиц из жидкости с помощью пузырьков воздуха (газа).
Взаимное закрепление пузырьков и частиц в водной среде основано на физико-химическом взаимодействии трех фаз (вода, вещество частицы, газ) и в большинстве случаев определяется явлениями смачивания. В связи с тем, что газы являются гидрофобными, в жидкой среде они могут активно взаимодействовать лишь с гидрофобными поверхностями других дисперсных примесей. Чем выше степень гидрофобности извлекаемых примесей, тем больше вероятность их закрепления на пузырьках.
Флотационная очистка сточных вод технологически и экономически эффективна при извлечении примесей, обладающих природной гидрофобностью (нефтепродукты, жиры и т.п.).
По способу введения в сточную жидкость пузырьков воздуха различают:
Напорная флотация (компрессионный способ, когда воздух в воде предварительно растворяется под давлением). К недостаткам этого метода можно отнести ограниченность удельного расхода воздуха и сложность эксплуатации вспомогательного оборудования для приготовления водовоздушной смеси.
Механическая (импеллерная) флотация (воздух подсасывается в воду при интенсивном ее перемешивании импеллером с последующим диспергированием лопастями мешалки). Этот метод целесообразно применять при очистке сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты, жиры, смолы. Высокая степень укомплектованности вспомогательным оборудованием ускоряет и облегчает ввод установок в эксплуатацию. Импеллерное устройство не является, как правило, моноконструкцией корпуса, что позволяет легко заменять его и использовать разные типы (рисунок 2). Область применения данного метода ограничивают интенсивное перемешивание обрабатываемой воды; небольшая производительность; относительно высокая обводненность пены. Это существенно, когда извлекаются ПАВ, так как большой объем воды в пене обуславливает потребность в создании дополнительных установок для ее обработки, что удорожает очистку в целом.
Пневматическая (барботажная) флотация (с подачей воздуха через пористые материалы) наиболее эффективна для сточных вод, содержащих ПАВ и высокие концентрации сопутствующих загрязняющих веществ. Преимуществами метода являются: простота аппаратурного оформления; относительно малые расходы энергии; получение развитой межфазной поверхности непосредственно в обрабатываемом объеме; высокая интенсивность газовыделения на открытой поверхности флотатора. К недостаткам метода можно отнести значительную интенсивность перемешивания; возможность зарастания пор фильтросных элементов; трудность подбора пористых материалов, обеспечивающих получение мелких, близких по размерам пузырьков. При небольшой и средней загрязненности не обеспечивается необходимый эффект очистки.
Вакуумная флотация (выделение мелкодисперсных пузырьков воздуха из воды в результате снижения давления).
Электрофлотация (насыщение воды пузырьками газа, достигаемое электролизом воды). Широкое распространение этого метода сдерживают ограниченность срока службы и высокая стоимость электродов; необходимость устройства систем обеспечения взрыво- и химической безопасности.
Химическая флотация (пузырьки газа образуются в результате химических реакций с вводимыми в воду реагентами).
Наряду с положительным опытом применения флотационных процессов имеют место проблемы, уменьшающие эффективность и область применения флотации. При флотации образуется пенный продукт, представляющий собой высококонцентрированную смесь отделенных загрязняющих веществ.
В практике очистки нефтесодержащих сточных вод наибольшее распространение получили методы напорной и механической флотации.
Рисунок 2 – Схема импеллерной флотационной установки
1 – отбойники; 2 – флотационная камера; 3 – вал импеллера; 4 – воздушная трубка; 5 – электродвигатель; 6 – пеносниматель; 7 – отверстия в статоре для внутренней циркуляции воды; 8 – статор; 9 – импеллер