-
8 800 200 51 49 бесплатный звонок по РФ -
ekb@aqua-modul.ru
ekb@aqua-modul.ru
Отстаивание является простым и дешевым способом выделения нерастворимых примесей из воды Екатеринбурга и Свердловской области. В его основе лежит разделение за счет гравитации в условиях относительно медленного потока жидкости. Взвешенные вещества с плотностью большей, чем у воды - осаждаются, а с меньшей - всплывают.
Большая часть нефтепродуктов в виде капель, а оставшаяся часть в эмульгированном состоянии могут быть удалены из сточных вод в очистных сооружениях, называемых нефтеловушками. Если в сточных водах содержание нефтепродуктов более 100 мг/л, рекомендовано применять именно нефтеулавливающие сооружения. По особенностям конструкции нефтеловушки – это горизонтальные, вертикальные и радиальные отстойники, оборудованные также устройствами для сбора и удаления всплывающих нефтепродуктов. На нефтебазах наиболее распространены горизонтальные сооружения очистки от нефтепродуктов.
Горизонтальная нефтеловушка являет собой прямоугольную емкость. В ней из медленно движущегося потока сточных вод отделяются всплывающие нефтепродукты и оседают механические примеси. Для утилизации всплывающего слоя монтируются нефтесборные щелевые поворотные трубы, а для удаления осадка — углубление в начале сооружения и днище, смонтированное с уклоном. Для обогрева всплывшего слоя нефтепродуктов в зимнее время с целью облегчения удаления по периметру очистного сооружения предусматривается обогрев паровыми или водяными змеевиками, размещенных на глубине 20 см от поверхности воды.
1 - подводящий трубопровод; 2 — входная камера; 3 — распределительная (перфорированная) стенка; 4 — углубление для осадка; 5 — скребковый механизм; 6 — нефтесборная щелевая поворотная труба; 7 — нефтеудерживающая стенка; 8 — отводящий трубопровод; 9 — подогреватель.
Длину нефтеловушки можно найти через расчетное время отстаивания, которое при рассмотрении простейшей схеме ее работы равно T= H/u, где H - рабочая глубина в метрах; а u - расчетная скорость подъема нефтяных частиц, м/с. Искомая рабочая длина сооружения, при равномерном и установившемся потоке в нем воды равна L=vt=vH/u, где v — средняя скорость, постоянная по всему сечению установки, движения воды выраженная в м/с.
Как показывают исследования, реальная горизонтальная скорость потока иногда может значительно превышать теоретическую среднюю скорость. Это происходит при неравномерном распределении скоростей в сечении и непостоянстве скоростей по длине. Такой феномен возникает из-за наличия в слое воды вихрей и струй, порождаемых конструкциями распределительных, выпускных и других элементов очистного сооружения. Для учета этих явлений в расчеты рекомендуется вводить поправочный коэффициент, принимаемый как 0,5 для горизонтальных отстойников/нефтеловушек, 0,45 - для радиальных, и 0,35 - для вертикальных. Следовательно, L= (vH)/(ku). Средняя горизонтальная скорость движения воды в нефтеловушке обычно принимается в пределах 0,005+-0,001 м/с.
Теоретическая скорость всплытия нефтепродуктов в нефтеловушке определяется по кинетике их разделения. Она зависит от плотности, размеров частиц эмульсии нефтепродуктов, температуры сточной воды, наличия нерастворимых примесей и других факторов. Полученная в лабораторных условиях зависимость эффективности очистки Эоч от времени всплытия Твсп позволяет узнать размер удаляемых частиц при заданной степени очистки. Для частиц эмульсии, удовлетворяющих условию Re=du0/v < 1 скорость всплывания в покое в незагрязненной воде можно вычислить по формуле Стокса: u0=d2g( ρ воды- ρ нефтепродукта)/18* μ, где d — диаметр частицы, м; g — ускорение свободного падения, м/с2; μ — динамический коэффициент вязкости воды, кг/(м-с); v — кинематический коэффициент вязкости воды, м2/с. Наличие в сточной воде механических примесей влияет на скорость разделения нефтепродуктов и воды. Поэтому u = а*u0, где а — коэффициент уменьшения скорости всплытия посторонних капель под влиянием механических примесей. По выясненным данным эта зависимость имеет такой характер
Имеется ряд других соотношений для определения скорости u0. Они обладают различной степенью экспериментальной точности для диаметров частиц менее 100 мкм и существенно не отличаются от полученной зависимости.
При отсутствии информации по кинетике всплывания частиц несмешиваемых жидкостей согласно СНиП П-32—74 допускается принимать скорость всплывания в диапазоне 0,4—0,6 мм/с. Степень фильтрации нефтепродуктов при этом составляет соответственно 70—60 %.
Турбулентный режим движения воды в нефтеловушке оказывает негативное влияние на скорость всплытия частиц. Это влияние принято учитывать коэффициентом вертикальной составляющей скорости движения воды в установке - w, получаемым из экспериментальной зависимости. Финальная рабочая длина очистного сооружения определяется по выражению L=vH/K(u-w), а общая ширина B = Q/(vH), где Q — требуемый расход сточной жидкости, м3/с.
При проектировании очистных установок воды в Екатеринбурге и Свердловской области от нефтепродуктов необходимо учитывать следующие рекомендации:
В нефтеловушке вместе с всплыванием взвешенных частиц нефтепродуктов происходит выпадение механических примесей в осадок. Распределение осадка по днищу нефтеловушки неравномерное. Больше всего осадка выпадает в первых 5-6 метрах сооружения. Далее до конца установки высота слоя незначительна и остается постоянной.
Влажность только что выпавшего осадка составляет примерно 95 %, объемный вес 1,1 т/м3. Со временем осадок уплотняется: через 3 ч его влажность 65—70%; после 6 ч — 55—60%; после 24 ч — 50—55%. Плотность осадка при 70% влажности равна 1,5 т/м3. Масса сухого вещества осадка принимается как 80—120 г на 1 м3 сточных вод. Содержание нефтепродуктов в осадке 15-20 процентов массы.
Осадок, выпадающий в начале установки имеет угол естественного откоса 25—30 град и не склонен к сползанию. В середине осадок сползает под углом 18—20 град, в конце длины установки он очень подвижен и сползает под любым углом. Для перемещения выпавшего осадка к сборному отверстию очистные сооружения должны оборудоваться скребковым устройством. Скорость движения такого скребка не должна быть более 0,01 м/с. Удаление осадка производится обычно гидроэлеваторами. Можно также применять песковые насосы и донные клапаны. Гидроэлеватор из приямка в виде усеченной пирамиды откачивает осадок полностью, если угол наклона граней превышает 50 град, а на плоском дне — вокруг себя в радиусе 1,5—2,0 м.
Количество осадка (м3/сут), задерживаемого в очистном сооружении, можно определить по формуле W=24Q*Cn/ γ(100-z), где С — содержание механических примесей в сточной воде, кг/м3; Q — расход сточных вод, м3/ч; n — степень фильтрации взвешенных веществ, принимаемая равной 60—70%; γoc — объемный вес осадка, кгс/м3; z— влажность осадка, %.
Для удаления всплывших капель щелевые поворотные нефтесборные трубы располагают в верхнем слое стоков в начале и в конце секции. Они устанавливаются строго горизонтально. Всплывшие нефтепродукты часто малоподвижны и удаляются лишь в пределах 2—3 м, что можно улучшить установкой скребкового устройства, которое будет сдвигать всплывший слой к трубам. Собранный слой содержит 30—40% воды, остальное – нефтепродукты.
Нефтеловушки довольно громоздки и дорогостоящи: при производительности от 50 до 600 м3/ч их длина составляет 18—36 метров, ширина от 6 до 18 метров (2—3 секции), высота 2—3 м. Эффективность очистки воды в зависимости от дисперсности частиц нефтяной эмульсии при отстаивании в течении 2х часов ограничивается остаточным содержанием 50—300 мг/л и более.
Для повышения эффективности таких сооружений применяют разнообразные способы. Здесь можно назвать рассредоточенный в последней трети длины отстойной зоны отсос очищенной воды, применение коалесцирующих фильтров из гидрофобизированных материалов на входе стоков в сооружение и прочее. Наиболее эффективно оказалось тонкослойное отстаивание. Для этого в отстойной зоне установки располагают пакеты пластин с расстоянием между ними 20—100 мм, установленных наклонно с углом около 45—50 град или наклонных пучков труб диаметром до 50 мм.
В тонкослойных элементах уменьшается траектория движения выделяемых частиц и, соответственно, сокращается время отстаивания. При рациональном наклоне обеспечивается самоочищение тонкослойных элементов от всплывающих и осаждающихся частиц. Большим достоинством тонкослойного отстаивания можно назвать также уменьшение влияния на отстаивание конвективных потоков, вихревых зон, турбулентных явлений. Как показывает длительный опыт применения тонкослойного отстаивания, производительность единицы объема отстойной зоны очистного сооружения может быть повышена в разы.
Схема отстаивания нефтесодержащих стоков может быть реализована при поперечном расположении тонкослойных элементов. В связи с малостью зазоров каналов и их небольшой протяженностью, отсутствием впускных и выпускных устройств, различия плотностей суспензий в различных областях - гидравлический режим потока жидкости с точностью, достаточной для практических расчетов, может считаться ламинарным.
Для выделяемой из воды частицы требуемой крупности время, нужное для прохождения расстояния от низа до верха зазора между пластинами, равно t=h/u*cos(α), где h — расстояние между пластинами; u — расчетная скорость всплывания частиц; α — угол наклона пластин. Необходимая длина наклонного канала равна l=vt при v — средней скорости движения воды в канале. Требуемое число каналов равно n=Qt/(b/h), где Q — рассчитанный расход сточной воды; b — ширина канала.
В связи с тем, что в приведенных формулах взято среднее значение скорости воды в канале, для корректных расчетов при малых соотношениях b/h нужно вводить поправочные коэффициенты, которые для каналов с b/h от 1 до 20 и прямоугольным сечением изменяются от 1,4 до 1,02. Ширина канала обычно берется в пределах 20-30 % длины, скорость сточной воды в канале берется 2—5 мм/с. Направленная вниз составляющая скорости воды на входе в каналы не должна быть выше скорости отрыва всплывания частиц сконцентрированных нефтепродуктов на кромках пластин во избежание их повторного захватывания в каналы. Очень полезны в этом смысле гофрированные пластины, которые обеспечивают максимальное укрупнение нефтяных частиц при расположении гофр вдоль потока.
Тонкослойные элементы могут располагаться как поперечным расположением, так и вдоль потока. Это несколько уменьшает гидравлическое сопротивление и можно применить стандартные устройства для удаления всплывающих нефтепродуктов и выпадающего осадка. Это можно применять для повышения производительности существующих типовых очистных сооружений.