Екологічний союз

Метод фільтрування набуває все більшого значення у зв'язку з підвищенням вимог до якості очищеної води. Фільтрування застосовують після очищення стічних вод у відстійниках або після біологічної очистки. Контроль здійснюється шляхом прилипании грубодисперсних частинок нафти і нафтопродуктів до поверхні фільтруючого матеріалу. Фільтри з вигляду фільтруючого середовища діляться на тканинні або сітчасті, каркасні або намивні, зернисті або мембранні.

Фільтрування через різні сітки і тканини зазвичай застосовують для видалення грубо дисперсних частинок. Більш глибоке очищення містить нафту води можна здійснювати на каркасних фільтрах. Плівкові фільтри очищають воду на молекулярному рівні.

Мікрофільтри є фільтрувальні апарати, як фільтруючий елемент використовують металеві сітки, тканини і полімерні матеріали. Мікрофільтри зазвичай випускають у вигляді обертових барабанів, на яких нерухомо закріплені або притиснуті до барабану фільтруючі матеріали. Барабани випускають діаметром 1,5-3 м і встановлюють горизонтально. Очищається вода надходить всередину барабана і фільтрується через фільтр назовні. Мікрофільтри широко використовують для освітлення природних вод.

У промисловості застосовують мікрофільтри різних конструкцій. Процес фільтрації відбувається тільки за рахунок різниці рівнів води всередині і зовні барабана. Полотно сітки не закріплено, а лише охоплює барабан у вигляді нескінченної стрічки, натягиваемой за допомогою натяжних роликів.

Мікросіткою виготовляють з різних матеріалів: капрону, латуні, нікелю, нержавіючої сталі, фосфористої бронзи, нейлону і ін.

Характеристика затриманих частинок залежить від різних параметрів (характеристики стічних вод і фільтра, гідродинамічних параметрів і ін.)

Порівняльна характеристика тканин і мікросеток

Фільтрувальні процеси на каркасних фільтрах можна розділити на три великі групи:

фільтрування через пористі зернисті матеріали, що володіють адгезійними властивостями (кварцовий пісок, керамзит, антрацит, пінополістирол, котельні та металургійні шлаки та ін.);

фільтрування через волокнисті і еластичні матеріали, що володіють сорбційними властивостями і високою нефтеемкостью (неткані синтетичні матеріали, пінополіуретан та ін.);

фільтрування через пористі зернисті і волокнисті матеріали для укрупнення емульгованих частинок нафтопродуктів (коалесцирующие фільтри).

Два перших методу близькі за основними технологічними принципам, які лежать в основі процесу вилучення нафтопродуктів з води, і відрізняються нефтеемкостью, регенерацією фільтруючого завантаження і конструктивним оформленням. У міру насичення завантаження нафтопродуктами їх фронт переміщається в глиб шару до його нижньої межі, і концентрація нафтопродуктів в фільтраті зростає. При цьому фільтр відключається і виробляється регенерація завантажувального матеріалу. Є конструкції фільтрів з безперервною регенерацією завантаження.

Третій метод принципово відрізняється від розглянутих. Період фильтроцикла, характерний для перших двох методів, завершує етап «зарядки» коалесцирует фільтра. Після цього плівка нафтопродуктів відривається від поверхні фільтруючого шару у вигляді крапель з діаметром кілька міліметрів. Краплі швидко спливають і легко відокремлюються від води.

До недавнього часу в основному застосовували каркасні фільтри з засипанням з пористих матеріалів.

В якості фільтруючого матеріалу використовують гравій, пісок, подрібнений антрацит, кварц, мармур, керамічну крихту, хмиз, деревне вугілля, синтетичні і полімерні матеріали.

Фільтри поділяються за швидкістю руху води в них на фільтри з постійною і змінною швидкістю.

При змінної швидкості фільтрування (постійної різниці тиску до і після фільтра) у міру збільшення обсягу фільтрату, тобто тривалості фільтрування, швидкість фільтрування зменшується.

При постійній швидкості фільтрування різницю тиску до і після фільтра збільшується.

При фільтруванні стічних вод через зернисті матеріали протікають наступні процеси:

відкладення зважених речовин у вигляді тонкого шару на поверхні фільтруючого шару (плівкове фільтрування);

відкладення зважених речовин в порах фільтруючого шару;

відкладення зважених речовин на поверхні фільтруючого шару і в його порах.

Під дією сил прилипання зважені речовини закріплюються на зернистому матеріалі. Явище прилипання і відриву часток визначає хід процесу освітлення води.

У нафтовій і нафтохімічній промисловості зазвичай застосовують фільтри з зернистим завантаженням, які за швидкістю фільтрування діляться на повільні, швидкі і надшвидкісні. Зернисту завантаження розміщують в певному порядку і щоб уникнути винесення її з фільтра застосовують спеціальні дренажні системи та підтримують шари.

Характеристика деяких фільтруючих матеріалів

Швидкість фільтрації і якість очищення залежать від характеру завантаження. Використання великого фільтруючого матеріалу призводить до збільшення пропускної здатності фільтру і зниження якості фільтрату. Дрібний фільтруючий матеріал покращує якість фільтрату, але знижує швидкість руху води в фільтрі і тривалість роботи фільтра, а також викликає перевитрата промивної води.

При конструюванні фільтрів можна використовувати механічні характеристики фільтрів, що працюють з очищення від одних домішок, для фільтрів, що працюють з водами, що містять інші домішки.

Основні параметри одношарових фільтрів, що застосовуються для додаткової очистки

Крупність завантаження, мм

Висота завантаження, мм

Швидкість фільтрації, м / ч

Після механічного очищення

Після біологічної очистки

До конструкцій зернистих фільтрів ставляться такі основні вимоги:

фільтрація повинна йти в напрямку спадання крупності завантаження з метою запобігання утворенню малопроникних і трудноразрушаемих при промиванні плівок осаду на поверхні завантаження;

необхідна інтенсивна промивка завантаження, що забезпечує максимальне видалення забруднюючих речовин з завантаження;

фільтри повинні володіти малою чутливістю до коливань якості води і витрати;

фільтруючих матеріал повинен мати високу міцність і хімічну стійкість, а також мінімальною вартістю при інших рівних фізико-хімічні властивості. Відкриті фільтри застосовують одно-, дво- і багатошарові.

Відкритий фільтр являє собою зазвичай прямокутний (в плані) резервуар, завантажений фільтрує шаром зернистого матеріалу і підтримують шарами, під якими розміщена дренажна система, призначена для відводу фільтрованої води і рівномірного розподілу промивної води. У верхній частині фільтру укріплені жолоби для подачі чистої і відведення брудної води. Фільтр забезпечений регуляторами витрати води, вимірювання витрат речовини іншим обладнанням. Висота шару води над завантаженням фільтра зазвичай складає 2 м. У нижній частині фільтру (при направленні фільтрації зверху вниз) розташовані труби для відводу очищеної води.

Регенерацію завантаження здійснюють гарячою водою з інтенсивністю 6-8 л / (м2.с). Промивальну воду випускають на очисні споруди. Терміни промивання визначаються якістю фільтрату. Якщо неможливо промити завантаження фільтра, її необхідно замінити новою. Стару завантаження регенерують (прокаливают), промивають і просівають, після чого її знову можна застосовувати.

Вода, що пройшла через фільтр, повинна бути прозорою, а концентрація нафтопродуктів в ній не повинна перевищувати 10-15 мг / л.

З появою нових фільтруючих матеріалів змінюється і технологія фільтраційної очищення води від нафтопродуктів. Перспективним є використання плаваючих завантажень з різних полімерних матеріалів, що володіють достатньою механічною міцністю, хімічною стійкістю, високою пористістю і необхідними поверхневими властивостями. До числа таких матеріалів відноситься полістирол різних марок, в тому числі і пінополістирол.

Принципово механізм процесу затримання нафтопродуктів фільтрами з плаваючою гранульованої завантаженням не відрізняється від механізму фільтрування емульсій через піщані фільтри.

Розроблено різні апарати для спінювання полістиролу за допомогою гарячої води, пара, гарячого повітря.

Для очищення нафтовмісних стічних вод розроблена нова технологія з використанням полімерних матеріалів, зокрема, еластичного пінополіуретану. Цей матеріал має откритоячєїстую структуру з середнім розміром пор 0,8-1,2 мм і уявну щільність 25-60 кг / м3. Еластичний пінополіуретан характеризується високою пористістю, механічною міцністю, хімічною стійкістю, гідрофобні властивості, що забезпечує значну поглинає здатність по нафтопродуктах.

Технологія роботи фільтрів наступна. Стічна вода по трубопроводу надходить в ємність фільтра, заповнену подрібненим пінополіуретаном розміром 15-20 мм. Пройшовши через шар завантаження, стічні води звільняються від нафтопродуктів і механічних домішок і через сітчасте днище відводяться по трубопроводу з установки. У процесі фільтрування завантаження насичується нафтопродуктами і періодично ланцюговим ковшовим елеватором подається на віджимні барабани для регенерації. Отрегенерірованная завантаження знову надходить в ємність фільтра, а віджаті забруднення по збірному жолобу відводяться в обробну ємність.

Такі фільтри доцільно застосовувати після попереднього очищення стоків в песколовках і нефтеловушках. Очищену воду можна використовувати в технічному водопостачанні промислових підприємств.

Загальним недоліком усіх розглянутих фільтрів (крім пінополіуретанових) є те, що в результаті їх регенерації утворюються високоемульгірованние і вельми стійкі емульсії, істотно ускладнюють утилізацію виділених нафтопродуктів.

Під коалесценції розуміють злиття частинок дисперсної фази емульсії, наприклад нафтопродуктів, з повною ліквідацією спочатку розділяє частки міжфазного поверхні. Це призводить до зміни фазово-дисперсного стану та укрупнення крапель вихідної емульсії. Система стає кінетично нестійка і швидко розшаровується.

Найбільш широке поширення отримав метод коалесценции при фільтруванні емульсії через різні пористі матеріали. В принципі, будь-який з розглянутих раніше фільтрів при відповідних технологічних параметрах і конструктивних змінах може працювати в режимі коалесценции. В цьому випадку призначення фільтруючого шару принципово змінюється. У звичайних фільтрах він виконує функцію утримує середовища, призначення нефільтруючих завантаження в коалесцирует фільтрах - укрупнення дрібних емульгованих крапель нафтопродуктів в більші.

Конструктивно коалесцирующие фільтри практично завжди об'єднуються з відстійниками або в відстійники вбудовуються коалесцирующие елементи (насадки).

Відмінні і вельми істотні особливості коалесцирует фільтрів:

високі ефективність розділення емульсій і питома продуктивність;

стійкість технологічного процесу при значних коливаннях концентрації нафтопродуктів і витрати стічних вод;

простота виготовлення, експлуатації та автоматизації;

тривалий межрегенерационного період.

Метод коалесценции можна віднести до регенеративним методам, так як в результаті процесів, що протікають емульсія розділяється на дві фази, одна з яких представляє собою нафтопродукти. Утилізація цих нафтопродуктів може створити істотну додаткову економічну передумову в реалізації цього методу.

Найбільше застосування в практиці поділу емульсій метод коалесценции знайшов в нафтовій промисловості і на судах морського флоту для очищення нафтовмісних стічних вод, а також на заключній стадії екстракційних процесів в хімічній промисловості і при зневодненні паливних матеріалів на транспорті.

[1] Розмір осередків сіток мікрофільтра - фільтрує 40х40 мкм, що підтримує 2х2 мм; розмір осередків барабанної сітки - від 0,3х0,3 до 0,5х0,5 мм.