Напорная флотация в очистки нефтесодержащих вод

Российская и зарубежная техническая литература публикует много информации об очистке стоков от нефти и продуктов ее переработки по технологии напорной флотации. Но сведения противоречивы, поскольку отсутствует единая методика исследований и контроля. В отделе влияния растворенного воздуха на эффективность процесса и оценки его содержания – информация совершенно контрадикторная.

Для сравнительного анализа очистки стоков от нефтепродуктов без коагуляции только напорной флотацией по единой методике проведено исследование в лаборатории таких технологических структур:

• прямоточной 1-ступенчатой;
• прямоточной много ступенчатой;
• циркуляционной, с дистиллированием части очищенной жидкости и насыщением воздухом, и последующем смешиванием с исходящим потоком;
• циркуляционной, с насыщением воздухом и смешиванием с исходящим потоком в условиях давления насыщения, и с последующим дистиллированием смеси.

Для исследований использовалась жидкость с мазутом марки 100, концентрация примеси варьировалась в пределах от 1,5 тысяч до 2,0 тысяч мг/литр. Предварительно в течении получаса смесь отстаивалась, загрязненность воды снижалась от 24 до 180 мг/литр. Опыты выполнялись в 2-х установках, их схемы приведены на рисунках ниже.

Лабораторные флотационные установки, на которых изучалась очистка воды по схемам 1 – 3 (а) и по схеме 4 (б).

1 – напорный резервуар; 2 – лабораторный стеклянный флотатор; 3 – смесительный градуированный цилиндр; 4 – керамический аэратор.

Условия проведения исследований были следующими:

• давление 400 мПа;
• объем 3 литра;
• насыщение воздухом в течение 5 минут через пористый аэратор из керамики 4 м³/ м² х мин;
• температура воды на начальном этапе – от 46 до 51 градусов С;
• загрязненность мазутом – от 24 до 92 мг/литр;
• избыточные объемы растворенного воздуха – от 40 до 45 мг/литр.

После завершения процесса жидкость полностью удалялась из резервуара через дросселирующую калиброванную диафрагму во флотатор, где мазут извлекался пузырьками воздуха. Когда все пузырьки поднимались на поверхность, вода сливалась через патрубок внизу. Было выполнено 4 цикла. В начале и финале каждого делались анализы на содержание мазута. Результаты – в таблице ниже.

Изменение концентрации мазута в воде С (1) и эффективности очистки Э_оч (2) при прямоточной многократной (цикл I – IV) напорной флотации при разных начальных концентрациях Снач.

Из схемы видно, что прямоточная 1-ступенчатая флотация удаляла от 46 до 66% мазута. Прямоточная много ступенчатая процедура – от 84 до 92%, но эффект очистки снижается прямо пропорционально уменьшению содержания загрязнителя. При реализации 3 схемы были выполнены условиях предыдущих методик, кроме температурного режима и залива. Опыт проводился при + 18-19 градусах С, а вода – подавалась заранее. Жидкость дросселировалась в напорной емкости, и потом точными дозами подавалась в рабочее оборудование. Объемы чистой воды учтены в исследовании. Результаты и лабораторными условиями представлены в таблице ниже.

Результаты очистки воды от мазута напорной флотации по схеме
(объем исходной очищаемой воды 500 мл)

Из таблицы видно, что циркуляционный процесс с насыщением прошедшей очистку дросселированной водой снижает содержание мазута с 23 до 42%. Изменялись объемы воздуха – от 6,5 до 103 мг/литр, объемы жидкости с 10 до 160%, но эти факторы мало влияли на результат.

Циркуляционная флотация, с насыщением воздухом и смешиванием с исходящим потоком в условиях давления насыщения, и с последующим дистиллированием смеси – схема 4 – выполнялась в оборудовании со смесительным цилиндром. Как и в опытах по первым трем схемам в качестве испытуемой жидкости использовался конденсат, загрязненный мазутом. Чистая вода из водопровода подвергалась испытаниям при таких условиях:

• давление – 0,3 мПа;
• температура – от 18 до 19 градусов С;
• расход воздуха через пористый аэратор из керамики 4 м³/ м² х мин;
• насыщение воздухом продолжалось 3 минуты;
• избыточное количество растворенного воздуха – 50 мг/литр.

Исследование по схеме 4 выполнялось в последовательности, аналогичной предыдущим опытам. Загрязненная жидкость заливалась в градуированную цилиндрическую емкость, которая соединялась с напорным резервуаром посредством арматуры и трубок. Затем вода насыщалась воздухом, после чего давление в сообщающихся сосудах естественно выравнивалось. Потом через перфорированную трубку дозами точных объемов из напорного резервуара насыщенная вода подавалась в емкость. Здесь две среды перемешивались под давлением, и отстаивались в течение пяти минут, чтобы концентрация стала однородной.

После этого этапа жидкость, как и в прямоточной схеме, через дросселирующее устройство переправлялась во флотатор. Результаты исследования приведены в таблице ниже, дополнительные объемы воды учтены при установлении эффекта очистки.

Результаты очистки воды от мазута напорной флотации по схеме
(объем исходной очищаемой воды 500 мл)

Из таблицы видно, что использование чистой воды с растворенным воздухом от 10,9 до 21,8 мг на литр в объемах от 20 до 40% загрязненной жидкости очищают от 58 до 81%. Этот результат лучше показателей, полученных по схеме.

Уменьшение объема насыщенной воды до 10 % с концентрацией воздуха в 5,5 мг/литр критично влияет на эффект очистки. В этом случае очевидна нехватка растворенного и выделяющего газа. Качество очистки снижается до 45%. Эмпирические лабораторные результаты говорят о том, что минимально нужная концентрация воздуха в воде для эффективной флотации в означенных выше условиях очистки должна быть не менее 10 мг/литр.

Из анализа проведенных опытов, очевидно, что при тождественных условиях экспериментов работа по схеме 4 с результатами осветления от 58 до 81% существенно превышает итоги очистки по схеме 3. Но этот уровень исследований не разрешает сделать выводы о причинах. Для этого нужно проводить специальные работы. Однако можно уверенно сказать, что разница результатов опытов по схемам 3 и 4 заключена в разнице механизмов формирования флотоагрегатов. По схеме 3 частицы мазута и пузырьки взаимно закреплялись столкновением. В работе по схеме 4 кроме столкновения, целесообразно допустить выделение пузырьков на частицах при прохождении дроссилерования. Скорее всего, именно этот механизм 2-ого типа оказал влияние на результаты.