Методические указания для выполнения курсового проекта «Технология очистки сточных вод от гексанорастворимых продуктов» (стр. 6 из 8)
Сточные воды по подающему трубопроводу направляют в водораспределительный лоток, откуда они равномерно поступают в емкость секции, заполненной пенополиуретановой крошкой. Сточные воды, очищенные от масел и других взвешенных веществ, по отводящему трубопроводу выводят из установки, а загрязненная примесями загрузка подается цепным ковшевым экскаватором на отжимные барабаны. Затем регенерированная загрузка вновь поступает в секции, а отжатая смесь по сборному желобу отводится в отстойную емкость.
Рис. 5.2 – Фильтр прямоугольный пенополиуретановый с передвижным узлом регенерации: 1 – подающие трубопроводы; 2 – водораспределительные лотки; 3 – секции; 4 – наполнитель секций; 5 – подающие элеваторы; 6 – отжимные барабаны; 7 – желоба для приема и отвода отжатых загрязнений; 8 – передвижные тележки; 9 – сетчатое днище; 10 – отводящие трубопроводы
Элеватор и отжимные барабаны расположены на тележке, которая передвигается вдоль ванны. Для полноты регенерации осуществляется трехкратный отжим всего объема загрузки в течение трех часов.
Сточная вода на фильтр поступает после нефтеловушки с концентрацией масел до 180 мг/л и взвешенных веществ до 100 мг/л. Остаточная концентрация масел после фильтра – 2-10 мг/л, взвешенные вещества практически отсутствуют. Очищенная вода используется для технического водоснабжения.
В основу предложенной конструкции фильтра положены следующие основные принципы: процесс очистки сточных вод – непрерывный; регенерации – периодический; направление потока сточных вод – сверху-вниз; использование загрузки – многократное. Основные параметры работы фильтра: высота слоя загрузки – 2 м; крупность – 10-20 мм; скорость фильтрования – до 25 м/ч.
6. Теоретические основы процесса фильтрования нефтесодержащих сточных ВОД и исходные данные ДЛЯ применения МЕТОДА фильтрования
Механизм задержания частиц нефтепродуктов пористой средой при фильтровании эмульсий состоит в том, что частицы выделяются из потока воды на поверхность зерен фильтрующего слоя и заполняют наиболее узкие поровые каналы. В этом случае очень важное значение имеют характеры поверхности как частиц, так и фильтрующего материала. Если пористая среда гидрофильна (кварцевый песок), то прилипание к ней гидрофобных частиц масла затруднено тем, что гидрофильная поверхность имеет гидратную оболочку. Однако прилипание частиц ограничено, возможно, вследствие наличия таких участков на этой поверхности, на которых гидратная оболочка нарушена по тем или иным причинам (разрушение кристаллов, наличие ребер, микротрещин и неровностей и др.). В этом случае частицы могут удерживаться такими участками и затем вытеснять гидратную оболочку с других участков, постепенно вовлекая в процесс всю поверхность зерен. При заполнении всей поверхности маслом она приобретает характер, свойственный гидрофобным материалам (пенополиуретан, уголь, сульфоуголь и др.), поверхности которых практически сразу могут удерживать частицы.
При взаимном сближении гидрофобных частиц и поверхности пористой среды на расстояние менее 1 нм появляются заметные силы сцепления, избыток свободной энергии системы резко уменьшается, поверхностное натяжение на этих поверхностях падает к нулю, и происходит слипание.
По мере того, как поверхность сорбента покрывается пленкой нефтепродуктов, граница раздела между этой поверхностью и водой исчезает, и частицы нефтепродуктов согласно теории Б.В. Дерягина, в этом случае прилипают к пленке с силой:
F = 4π∙ σн∙ в∙ rr, (6.1)
где σн∙ в – поверхностное натяжение единицы поверхности раздела «нефте-продукт-вода»;
rr – радиус частицы нефтепродуктов.
Это выражение показывает, что эффективность фильтрования снижается при уменьшении значения σн∙в, процесс поглощения нефтепродуктов ППУ заканчивается капиллярной конденсацией, после чего начинается отрыв и перемещение скоалесцированных нефтепродуктов на низлежащие слои, где повторяется аналогичный процесс поглощения нефтепродуктов пенополиуретаном.
6.1. Исходные данные для определения типа фильтров
На основании литературных данных [1, 2, 4] для дополнительного осветления фильтрованием сточных вод, отстоянных в аккумулирующей емкости, следует применять фильтрующие загрузки, отличающиеся простотой регенерации, например, эластичные пенополиуретаны.
Высокий эффект фильтрования достигается при обработке стока флокулянтами (например, полиакриламидом (ПАА). Доза флокулянта составляет 1-2 мг/л.
В ППУ-фильтрах рекомендуется применять загрузку из эластичного ППУ марок 35-0,8; 40-0,8; 40-1,2 в измельченном виде (размер сторон гранул 1-2 см).
Технологические параметры ППУ-фильтров при флокуляционной обработке стока принимаются следующими:
- Высота слоя загрузки – 1-2 м;
- Плотность фильтрующей загрузки – 50-70 кг/м3;
- Скорость фильтрования 20-25 м/ч;
- Эффект осветления 90-95 %;
- Потери напора в начале фильтроцикла 0,5-0,6 м.вод.ст., в конце – 1-2 м.вод.ст.
При безреагентном фильтровании на ППУ-фильтрах скорость фильтрования следует принимать в пределах 10-30 м/ч. Эффект осветления 90-75 %.
При фильтровании сточных вод, содержащих высоковязкие нефтепродукты типа мазут, необходимо в процессе регенерации фильтрующей загрузки в зоне отжима предусматривать прогрев мазута, содержащегося в загрузке паром с целью снижения вязкости и увеличения его текучести. Эффективный процесс регенерации отжимом фильтрующей загрузки происходит при прогреве мазута до 800С.
В пенополистирольных фильтрах рекомендуется применять загрузку из вспененных гранул полистирола марок ПСК диаметром 2-5 мм с кажущейся плотностью 0,1-0,2 г/см3. Технологические параметры ФПЗ при флокуляционной обработке стока принимаются следующие:
- Высота слоя загрузки – 2-2,5 м;
- Скорость фильтрования – 30-40 м/ч;
- Эффект осветления – 90 %;
- Потери напора в начале фильтроцикла 0,4-3,0 м.вод.ст., в конце фильтроцикла до 10 м.вод.ст.
При безреагентном фильтровании скорость фильтрования следует принимать 10-30 м/ч, эффект осветления 90-60 %.
6.2. Расчетно-конструктивные параметры фильтров с пенополиуретановой загрузкой
Продолжительность полезной работы фильтра с ППУ-загрузкой (Т) определяется по формуле:
, ч, (6.2)где К – коэффициент санитарной надежности, равный 0,8;
НГ – среднее значение нефтегрязеемкости (НГ) фильтрующей загрузки, кг/м3;
W – объем загрузки в фильтре, м3;
m0 – cуммарное количество нефтепродуктов и взвешенных веществ, задержанное загрузкой в течение одного часа фильтрования, кг/м3 (расчетное):
m0 = Qср.ч[(Сн – Сн.оч.) + (Св.в. – Сс.оч.)]/103, (6.3)
где Qср.ч – среднечасовой расход очищаемой воды, м3/ч;
Сн – концентрация нефтепродуктов в исходной воде, мг/л;
Сн.оч – концентрация нефтепродуктов в очищенной воде, мг/л;
Св.в – концентрация взвешенных веществ в исходной воде, мг/л;
Сс.оч – концентрация взвешенных веществ в очищенной воде, мг/л.
Wp = Fп∙ hз, м3, (6.4)
где Fп – полезная площадь фильтрования, м2;
hз – высота слоя загрузки, м.
Регенерация ППУ-загрузки осуществляется отжимом без применения промывки в процессе регенерации фильтров с ППУ-загрузкой.
Определение потребного количества фильтров и узлов регенерации.
Если известен суточный расход сточных вод (Qсут) определяют среднечасовой расход сточных вод (Qср.ч) следующим образом: если сточные воды поступают на фильтровальную установку в течение 24, 16, 8 часов и т.д., то соответственно и Qсут делят на 24, 16, 8 часов и т.д., т.е. по формуле:
Qср.ч =Qсут/кол-во часов работы фильтра. (6.5)
Потребная площадь фильтрования Fп определяется как:
Fп = Qср.ч./v, м2, (6.6)
где v - скорость фильтрования.
После выбора фильтра определяется потребное количество фильтров по формуле:
Nк.ф. = Fп/Sф, шт, (6.7)
где Sф - рабочая площадь фильтрования одного фильтра, м2.
Количество фильтров или их отделений должно быть не менее двух (один рабочий и один резервный).
7. Схемы ОЧИСТКИ сточных ВОД с применением фильтров с полимерной загрузкой
Принципиальную технологическую схему очистных сооружений разрабатывают студенты индивидуально в зависимости от принятой технологии очистки и вида извлекаемых примесей.
На рис. 7.1 приведены общие принципиальные технологические схемы, в которых нашли отображения элементы разных технологических решений. В зависимости от варианта студенты должны упростить или дополнить представленную схему. Так, при обработке поверхностных вод рекомендуется схема, включающая решетки, песколовки, отстойники, аккумулирующую емкость, фильтр доочистки с последующим использованием очищенной воды для технического водоснабжения. При очистке промышленных сточных вод рекомендуется изъять решетки и аккумулирующую емкость из технологической схемы. Кроме того, в схеме могут быть использованы разные конструкции фильтров, а также разное реагентное хозяйство.
Принципиальную технологическую схему очистных сооружений выполняют на листах формата А1 и А4. При этом в пояснительной записке должны быть описаны назначения сооружений технологической схемы, а также движение воды по этим сооружениях.
В процессе теоретического обоснования применения метода фильтрования и типа аппарата надо определить особенности технологического процесса, условия его осуществления. Необходимо показать преимущества и недостатки альтернативных методов, которые рассматриваются студентами. Например, для очистки сточных вод от нефтепродуктов следует рассмотреть как альтернативные – фильтрование через песок и другие загрузки.