§ 23. Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей

Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей в зависимости от состава и концентрации примесей производится отстаиванием, обработкой в гидроциклонах, флотацией и фильтрованием. При отстаивании происходит всплывание частиц масел с плотностью, меньшей плотности воды, по тем же законам, что и осаждение тяжелых частиц. Процесс отстаивания осуществляется в отстойниках, а также в маслоловушках при незначительной концентрации механических загрязнений. Конструкция маслоловушек аналогична конструкции горизонтального проточного отстойника (см., рис. 46). При среднем времени пребывания сточной воды в маслоловушке, равном двум часам, скорость ее движения составляет 0,003-0,008 м/с. В результате отстаивания маслопродукты, содержащиеся в воде, всплывают на поверхность, откуда удаляются маслосборным устройством (рис. 53). Для расчета масло-ловушек необходимо знать скорость всплывания масло-продуктов, которая определяется по формуле (10), и расход сточной воды. Тогда расчет сводится к определению геометрических размеров ловушки и времени отстаивания сточной воды.

Рис. 53. Схема маслоловушки: 1 - входной патрубок; 2 - отстойная камера; 3 - маслосборник; 4 - цепной конвейер; 5 - выходной патрубок

Для очистки концентрированных маслосодержащих сточных вод машиностроительных предприятий, например стоков охлаждающих жидкостей металлорежущих станков, широко применяется обработка сточных вод специальными реагентами, способствующими коагуляции загрязнений в эмульсиях. В качестве реагентов используются Na₂CO₃, H₂SO₄, NaCl, A1₂(SO₄)₃, смесь NaCl и A1₂(SO₄)₃ и др.

В табл. 28 приведены значения эффективности очистки от масел сточных вод Челябинского трубопрокатного завода в отстойниках без обработки и обработкой реагентами. Концентрация масла на входе в отстойник изменялась от 0,05 до 0,63 кг/м³.

Очитску сточных вод от маслопримесей с повышенной вязкостью и большой плотностью производят в гидроциклонах, принцип действия и характеристики которых описаны в § 22.

Очистка сточных вод от маслопримесей флотацией заключается в интенсификации процесса всплывания маслопродуктов, жиров при обволакивании их частиц пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса лежит молекулярное слипание частиц масла и пузырьков тонкодиспергированного в воде воздуха. Образование агрегатов «частица - пузырьки воздуха» зависит от интенсивности их столкновений друг с другом, химического взаимодействия находящихся в воде веществ, избыточного давления воздуха в сточной воде и т. п.

В зависимости от способа образования пузырьков воздуха различают несколько видов флотации: напорная, пневматическая, пенная, химическая, биологическая, электрофлотация и т. д.

Наибольшее применение в системах очистки сточных вод получили установки напорной флотации (рис. 54). Загрязненная сточная вода по трубе 1 поступает в приемный резервуар 2, откуда по всасывающей трубе 3 с помощью насоса 5 подается в сатуратор 6. Через трубу 4 в сточную воду поступает сжатый воздух с расходом не менее 3% от объемного расхода сточной воды. В сатураторе происходит перемешивание воды с воздухом. Этот процесс протекает при избыточном давлении 30-50 Па, время пребывания жидкости в сатураторе 2-3 мин. Из сатуратора смесь воды с воздухом отводится по трубе и через сопла 8 направляется во флотационную камеру 7, в которой происходит всплывание на поверхность камеры агрегатов «маслопримесь - частицы воздуха». Для удаления масло-продуктов предусмотрен пеносборник 9, а очищенная сточная вода удаляется по трубе 10. Эффективность очистки сточных вод от маслопримесей в таких установках достигает 0,85-0,95.

Рис. 54. Схема установки напорной флотации

В установках пневматической флотации насыщение воды воздухом происходит за счет эжекции воздуха, подаваемого через эжектор. Процесс пенной флотации заключается в интенсификации процесса всплывания маслопримесей в результате обволакивания их пеной, образующейся при введении флотационных реагентов-пенообразователей. При химической флотации процесс образования пузырьков воздуха протекает в результате реакции химического взаимодействия специальных реагентов со сточной водой. При вибрационной флотации пузырьки воздуха выделяются из воды под воздействием вибрационных нагрузок. Биологическая флотация основана на выделении пузырьков воздуха из сточной воды в результате взаимодействия ее с биологически активной массой. Однако все эти виды флотации в практике очистки сточных вод применяются пока очень редко ввиду их технической сложности.

В последние годы в промышленности внедряется метод электрофлотации. Преимущества этого метода заключаются в том, что протекающие при электрофлотации электрохимические окислительно-восстановительные процессы обеспечивают дополнительное обезвреживание сточных вод. Кроме того, использование алюминиевых или железных электродов обусловливает переход ионов алюминия или железа в раствор, что способствует коагулированию мельчайших частиц загрязнений, содержащихся в сточной воде.

Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей фильтрованием - заключительный этап очистки. Это объясняется тем, что концентрация маслопродуктов в сточной воде на выходе из отстойников или гидроциклонов составляет 0,05 ÷ 2 кг/м³ и значительно превышает допустимые концентрации маслопродуктов в водоемах.

Адсорбция масел (как и любых нефтепродуктов) на поверхности фильтроматериала происходит за счет сил межмолекулярного взаимодействия и ионных связей. Существенное влияние на процесс осаждения масло-продуктов на фильтроматериал имеют электрические явления, происходящие на поверхности раздела кварц - водная среда, связанные с возникновением разности электрических потенциалов на этой поверхности и образованием двойного электрического слоя. На процесс адсорбции маслопродуктов влияют также и поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащиеся в сточной воде. Анионы ПАВ ориентированно скрепляются с поверхностью кварца через катионы металлов, как правило, находящихся на поверхности кварца. В результате этого частица кварца становится гидрофобной, что способствует осаждению на ней пленок масла. На процесс адсорбции масла влияет и взаимодействие капель масла с растворенным в воде кислородом, в результате чего образуются оксиды масла, адсорбционная способность которых значительно выше, чем у капель масла. Кроме указанных физико-химических факторов на процесс осаждения влияет скорость и направление фильтрования. При повышенных скоростях сближения капель масла с поверхностью фильтроматериала интенсивность адсорбции понижается. Исследования процессов фильтрования сточных вод, содержащих маслопримеси, показали, что кварцевый песок - лучший фильтроматериал. Применение реагентов повышает эффективность очистки, однако при этом значительно возрастает стоимость очистных сооружений и усложняется процесс их эксплуатации. Образующийся при этом осадок требует дополнительных устройств для его переработки.

В качестве фильтрующих материалов кроме кварцевого песка используют доломит, керамзит, глауконит. Эффективность очистки сточных вод от маслосодержащих примесей значительно повышается при добавлении волокнистых материалов (асбеста и отходов асбестоцементного производства).

Перечисленные фильтрующие материалы характеризуются рядом недостатков: малой скоростью фильтрации и сложностью процесса регенерации. Эти недостатки устраняются при использовании в качестве фильтроматериала вспененного полиуретана. Пенополиуретаны, обладая большой маслопоглощающей способностью, обеспечивают эффективность очистки до 0,97-0,99 при скорости фильтрования до 0,01 м/с, насадка из пенополиуретана легко регенерируется механическим отжиманием маслопродуктов.

На рис. 55 представлена схема полиуретанового фильтра для очистки сточных вод от маслопримесей [6]. Сточная вода по трубопроводу 1 поступает в распределительную камеру 2 и через регулирующий вентиль 3 и водораспределительные окна 4 подается в фильтр 5, заполненный пенополиуретаном 6. Пройдя через слои фильтроматериала, сточная вода очищается от масла и взвешенных веществ и через сетчатое днище 13 отводится по трубопроводу 14. Для поддержания постоянного уровня очищаемой воды в фильтре предусмотрена камера 12 с регулирующим вентилем 11. Регенерация частиц пенополиуретана осуществляется специальным устройством, установленным на передвижной тележке 10, что позволяет регенерировать весь объем фильтра. Насыщенные маслом частицы пенополиуретана цепным элеватором 7 подают на отжимные барабаны 8 и, освободив от маслообразных и взвешенных веществ, вновь подают в фильтр. Отжатые загрязнения по сборному желобу 9 отводят для дальнейшей переработки. В табл. 29 представлены характеристики полиуретанового фильтра.

Рис. 55. Схема полиуретанового фильтра

Купить лист 316ti в Екатеринбурге по доступной цене.