CC BY
70
РАЗДЕЛ V
ЭКОЛОГИЯ
УДК 628.3
ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД КОАЛЕСЦИРУЮЩИМИ ФИЛЬТРАМИ
А.М. Сизиков, канд. хим. наук, доц., С.А. Носкова, аспирант
Аннотация. В данной статье рассмотрена возможность и актуальность очитки сточных вод производственных и сельскохозяйственных предприятий с помощью ко-алисцирующих фильтров, принцип работы фильтров, а также отмечены принципиальные особенности данных фильтров.
Ключевые слова: коалесценция, фильтр, сточная вода Введение дача правильного использования отработан-
В последнее время стремительный темп роста городов ведет к увеличению числа промышленных предприятий и крупных производств различного характера в число которых входит множество предприятий производящих сельскохозяйственную продукцию. Несомненно, все производственные объекты и предприятия потребляют большое количество пресной природной воды и, в свою очередь, неотъемлемой частью этого потребления является производство сточных вод с различным содержанием загрязняющих веществ минерального и органического происхождения. Для очистки которых требуется специальное оборудование.
Основные аспекты работы коалесци-рующих фильтров
Производственные сточные воды образуются в процессе производства различных товаров, продуктов, материалов и пр. К ним относятся отработанные технологические растворы, маточники, кубовые остатки, технологические и промывные воды, воды барометрических конденсаторов, вакуум-насосов и охлаждающих систем, шахтные и карьерные воды, воды хим-водоочистки, воды от мытья оборудования и производственных помещений, а также от очистки и охлаждения газообразных отходов, очистки твердых отходов и их транспортировки.
В зависимости от происхождения сточных вод они могут содержать токсичные вещества, вещества с различным химическим составом и в различном агрегатном состоянии.
В процессе эксплуатации промышленных предприятий и производств, стоит важная за-
ных вод. Поэтому особо важное значение приобретает высокоэффективное повторнооборотное использование воды в промышленности и применение в целях мелиорации сточных вод производственного происхождения. Разумеется, что перед повторным использованием сточной воды она должна пройти ряд сооружений очистки от загрязнений. Которые также должны быть максимально экологически безопасными и экономически целесообразными, что ставит перед специалистами отраслей ряд непростых задач по выбору комплексов очистных сооружений.
Для очистки сточных вод применяют различные методы: коагуляцию, флокуляцию, осаждение примесей, фильтрование, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, обратный осмос и др. Каждый из этих методов предполагает очистку сточных вод с определенным характером загрязнений. Если говорить о водах производственных предприятий сельскохозяйственной, некоторых видов пищевой и нефтяной промышленностей, содержащих в своем составе нерастворимые вещества в виде эмульсий то можно выделить ряд методов, без которых очистка данных стоков невозможна. Например, фильтрование. Процессы разделения эмульсий типа «масло в воде» фильтрованием применяются достаточно широко. Применяются следующие методы фильтрования на гидрофобных фильтрующих материалах при очистке сточных вод содержащих жиры, масла, нефтепродукты и другие нерастворимые в воде жидкости: Фильтрование через пористые зернистые материалы, фильтрование через во-
локнистые и эластичные материалы и фильтрование через пористые зернистые и волокнистые материалы для укрупнения эмульгированных частиц, нерастворимых в воде жидкостей, - ко-алесцирующее фильтрование [3].
Два первых метода близки по основным технологическим принципам, лежащим в основе процесса изъятия масла из воды. Третий метод принципиально отличается от рассмотренных. Период фильтроцикла, характерный для первых двух методов, завершает этап «зарядки» ко-алесцирующего фильтра. После этого, пленка нерастворимой в воде жидкости, отрывается от поверхности фильтрующего слоя в виде капель с размерами в диаметре несколько миллиметров. Капли быстро всплывают и легко отделяются от воды. При соответствующем подборе фильтрующего материала и определенных технологических параметрах метод коалесценции позволяет достигнуть весьма высокой степени разделения эмульсий. Несомненное достоинство этого метода - его непрерывность. Регенерация необходима в чисто профилактических целях. Данный метод является очень актуальным с экологической точки зрения, т.к. не требует применения реагентов и утилизации отработанных фильтрующих загрузок.
Теория коалесценции (слияния), которая лежит в основе работы гидрофобных коалесциру-ющих фильтров является основополагающей.
Под коалесценцией понимают слияние частиц дисперсной фазы эмульсии, например нефтепродуктов или жира, с полной ликвидацией первоначально разделяющей частицы межфазной поверхности. Это приводит к изменению фазово-дисперсного состояния и укрупнению капель исходной эмульсии.
Система становится кинетически неустойчива и быстро расслаивается [1].
В основе процессов коалисценции эмульгированных нерастворимых в воде жидкостей на фильтрующем материале лежат явления адгезии и смачивания, которые в определенной мере влияют и на процессы обычного фильтрования.
Принципиальная особенность коалесци-рующих фильтров состоит в том, что частицы дисперсной фазы (например капли нефтепродукта), оседая на поверхности загрузки фильтра, коалесцируют между собой и образуют непрерывную фазу, способную эвакуироваться из объема фильтра под действием гравитационных сил. Непрерывная фаза образует на поверхности гранул и в зазорах между ними сплошную пленку, которая ограничивает систему разветвленных каналов, по которым протекает разделяемая эмульсия Принудительное движение через загрузку должно в
той или иной степени увлекать за собой пленку, причем в зависимости от направления осредненного движения эмульсии такое гидродинамическое увлечение может как способствовать, так и препятствовать его эвакуации из объема фильтра [2].
При установившемся режиме работы ко-алесцирующих фильтров на поверхности фильтрующего материала образуется слой дисперсной фазы, и дальнейшая коалесценция капель нерастворимых в воде жидкостей протекает при их взаимодействии с этим слоем. Считается, что время коалесценции капель определяется в основном временем утончения пленки дисперсионной среды между каплей и поверхностью раздела фаз. Интервал времени между соприкосновением капли с поверхностью и ее окончательным исчебзновением определят время коалесценции. Элементарный акт процесса коалесценции в общем случае можно представить в виде следующей схемы: приближение капли к поверхности, приводящее к деформации как самой капли, так и поверхности; затухание колебаний капли на поверхности; утончение пленки дисперсной среды между каплей и поверхностью; разрыв пленки и перенос содержимого капли (частично или полностью) в дисперсную фазу [1].
Работа коалесцирующего фильтра зависит от гравитационного, а также гидродинамических факторов. Скорость коалесцентного укрупнения капель в объеме жидкости пропорциональна их объемной концентрации и среднему радиусу.
Коалесцентное разделение фаз эмульсии при прохождении через фильтр описывается капиллярной моделью порового пространства. Дисперсной фазой является нефтепродукт, а дисперсионной средой - вода [2].
В настоящее время существует несколько вариантов конструкций коалесцирующих фильтров для различных условий их эксплуатации. Полимерные загрузки на основе углеводородных соединений в коалесцирующих фильтрах получают все большее распространение при очистке сточных вод.
Они используются, главным образом, на химических сельскохозяйственных и нефтеперерабатывающих производствах для разделения технологических жидкостей и удаления масел и других жидких примесей из сточных вод перед их дальнейшей обработкой. Коалесцирующие фильтры из полимерных волокнистых материалов нашли также применение при коагуляции:
- масла из возвращаемого парового конденсата;
- силиконового масла из 30% соляной кислоты;
- бензола и парафинов из 30% соляной кислоты;
- диизобутилена из технологической воды;
- смазочных масел из технологического парового конденсата;
- масла из технологической воды;
- силиконового масла их щелочной воды;
- технологических масел из мочевины и этиленгликоля;
- нерастворимых инсектицидов из технологической воды и сточных вод;
- серной кислоты из алкилбензола;
- органических веществ из соляной кислоты;
- масла из аммиака;
- масла из охлаждающих систем с водяной циркуляцией;
- жирных кислот из сточных вод;
- углеводных примесей от воды для охлаждения этилена;
- воды от легких углеводов;
- легких углеводов от воды;
- нефти от рассола из скважин;
- тонкодисперсной масляной эмульсии из отстойных желобов.[4]
Преимущества очистки сточных вод с использованием гидрофобных полимерных фильтров:
- возможность очистки больших объемов промысловых сточных и пластовых вод;
- улучшение гидродинамики процесса отстаивания при значительных изменениях содержания эмульгированной нефти твердых частиц в очищаемой воде;
- низкие капитальные вложения в эксплуатационные затраты;
- значительное снижение уровня загрязнения окружающей среды.
_ широкий диапазон рабочих темпера-
тур от 0 до 90 оС
Авторами проведены исследования эффективности работы коалесцирующих фильтров различных конструкций и предложен вариант коалесцирующего фильтра в котором коалесци-рующий элемент изготовлен из волокнистого полипропилена причем волокна его ориентированы вдоль потока жидкости и продольной оси аппарата. Данная конструкция защищена свидетельством на полезную модель и имеет все вышеперечисленные достоинства, кроме этого
- использование установки в существующей технологии подготовки эмульсии без выделения узла очистки сточной воды в самостоятельный объект обслуживания;
- работа установки производится в режиме саморегулирования, без применения автоматики и минимальном обслуживающем персонале;
- установка работает без необходимости частых регенераций загрузочного материала.
Заключение
В очистке сточных вод сельскохозяйственных и вспомогательных к ним производственных предприятий существует масса трудностей связанных с повышенным содержанием в них масел, жиров и нефтепродуктов. Определенную часть возникающих проблем на первой стадии очистки этих сточных вод поможет решить применение коалесцирующих фильтров. Их практическая полезность, экономичность и экологическая безопасность позволяет значительно повысить степень очистки жиро-нефтесодержащих сточных вод и тем самым создает возможность повторного использования очищенных сточных вод в производстве. Благодаря этому уменьшается количество загрязняющих веществ поступающих в окружающую среду.
Библиографический список
1 Л.Г. Огнева, Д.Н. Платиканов, С.Я. Шалыт, Коллоидный журнал, 3 (1982) 499.
2 Г.А. Роев, Очистные сооружения газонефтеперекачивающих станций и нефтебаз. Учебник для вузов, Недра, Москва, 1981.
3 Г.А.Роев, В.А,Юфин , Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов, Недра, Москва, 1987.
4 Н.Н. Рулев, Ю.П. Седлухо, Химия и технология воды, 11 (1989) 97.
Clearing of industrial sewage by filters sharing emulsion
A.M. Sizikov , S.A. Noskova
In the given article the opportunity and urgency of clearing the sewage of industrial and agricultural enterprises with the help of filters sharing emulsion is considered, filters working principle, and also basic features of the given filters are listed.
Сизиков Анатолий Михайлович - канд. хим. наук, доцент, заведующий кафедрой «Инженерной экологии и химии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - инженерная защита окружающей среды. Имеет 133 опубликованные работы. e-mail: [email protected]
Носкова Светлана Александровна - аспирант кафедры «Сельскохозяйственное водоснабжение» Омского государственного аграрного университета Основное направление научных исследований - очистка сточных вод промышленных предприятий. Имеет 7 опубликованных работ. e-mail: Fen_nix@mail. ru
Статья поступила 03.09.2009 г.
