Интенсификация процессов гидродинамической очистки нефтесодержащих сточных вод

• Автор: Адельшин, Азат Билялович
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 72 с.; 20х15 см

1 Общая характеристика работы
1.1. Актуальность проблемы. Решение проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов связано с созданием и внедрением новых методов, сооружений, аппаратов очистки природных и сточных вод, интенсификацией и совершенствованием существующих технологических процессов очистки, методов расчета, конструирования, проектирования и эксплуатации, разработкой систем водоснабжения и канализации.
Разработка, совершенствование, интенсификация технологии очистки вод обусловлены качественными и количественными характеристиками последних и требованиями к качеству очищенной воды.
В основе, практически, всех методов и работы сооружений, аппаратов очистки вод важное место занимают гидродинамические процессы, происходящие как в самих сооружениях, аппаратах, так и в коммуникациях (трубопроводы, местные сопротивления и т.д.). При движении сточной воды в сооружениях, аппаратах, коммуникациях наблюдаются самого различного рода деформации поля скоростей и напряжений, образование зон завихрения и вторичных течений, диссипативные процессы. Все это определяет фазово-дисперсное состояние сточной воды.
В зависимости от условий образования нефтесодержащие сточные воды (НСВ) представляют собой полидисперсные системы от грубодисперсных до коллоидных с размерами частиц нефтепродуктов от 200 до 0,001 мкм и менее. Очистка НСВ от эмульгированных капель нефти представляет большие трудности, поскольку эти капли очень малы (порядка 10 мкм и менее). Размер части нефти имеет превалирующее значения в процессах очистки НСВ. Кроме того частицы нефти окружены прочной бронирующей оболочкой состоящей из веществ, содержащихся в исходной НСВ. Бронирующие оболочки препятствуют коалесценции частиц нефти. Плотность таких стабилизированных бронирующей оболочкой частиц нефти (нефтяных глобул) по величине приближается к плотности сточной воды. Разрушение бронирующих оболочек, снижение дисперсности нефтяных глобул в НСВ являются одним из наиболее действенных и реализуемых факторов интенсификации очистки НСВ.
В настоящее время широкое распространение получили химические и физические методы интенсификации процесса очистки НСВ отстаиванием, фильтрованием, флотацией и т.д.
Химические методы связаны с добавлением в НСВ химреагентов, вызывающих коагуляцию, флокуляцию и коалесценцию нефтяных частиц. Эти методы требуют относительно больших материальных и трудовых затрат.
Существует ряд принципиальных возможностей технологического, конструктивного совершенствования для интенсификации процесса очистки НСВ на базе физических методов. Так в практике очистки НСВ широкое применение нашли тонкослойные отстойники, нефтеловушки, маслоуловители и др. Однако полочные блоки значительно усложняют конструкцию и повышают трудоёмкость изготовления и эксплуатации сооружений очистки НСВ.
Эффективным, широко распространенным и перспективными для интенсификации процесса очистки НСВ является применения метода коалесценции.
Скорость и глубину процесса коалесценции можно увеличить применением электрических, магнитных, ультразвуковых полей, подвижных коалесцирующих

элементов, коалесцирующих фильтров-насадок контактных и гидродинамических и различных гидродинамических каплеобразователей (центробежные, струйные, объемные, трубчатые линейные и секционные).
В установках очистки НСВ широко применяются контактные насадки, загруженные мелкозернистыми, плотными, пористыми и волокнистыми фильтрующими материалами, обладающими коалесцирующими свойствами. Такие насадки при работе заиливаются, снижается эффект коалесценции, требуется частая и дорогостоящая регенерация загрузки насадки.
Многочисленные авторы исследовали главным образом работу контактных насадок. Имеющиеся рекомендации по расчету и проектированию контактных насадок, определению параметров процесса коалесценции относятся к конкретным условиям постановки исследований при относительно мелкозернистых загрузках и небольших скоростях фильтрации НСВ. Эти рекомендации не могут быть перенесены на условия, связанные интенсификацией очистки НСВ с применением гидродинамических насадок из крупнозернистых коалесцирующих загрузок и высоких скоростей фильтрации НСВ.
Повышенная скорость фильтрации и крупнозернистая загрузка обеспечивают непрерывную саморегенерацию фильтра коалесцирующих насадок и высокий эффект межкапельной коалесценции нефтяных глобул.
Стремление заменить коалесцирующие насадки с мелкозернистой загрузкой, требующей регенерации и малой производительностью, насадками с повышенной производительностью определило задачи одного из направления данной работы.
Результаты исследований свойств коаесцирующих материалов, процесса гидродинамики и коалесценции в фильтрационном потоке, могут быть использованы при создании высокоэффективных установок очистки НСВ с применением гидродинамических насадок.
Известно, что турбулентные пульсации потока НСВ в трубопроводе способствуют протеканию в объеме потока следующих процессов: эффективное сближение, увеличение частот столкновений нефтяных глобул, ослабление и разрушение бронирующих оболочек и коалесценцию. Для осуществления указанных процессов с целью интенсификации очистки НСВ применяют трубчатые линейные и секционные гидродинамические каплеобразователи, имеющие весьма большую длину, металлоемкость и энергозатрат.
Для интенсификации очистки НСВ перспективны применения центробежных (гидроциклонов) и струйных каплеобразователей, технологически высокоэффективных, компактных,менее материалоемких и во многих случаях менее энергоемких.
Благоприятная с технологической точки зрения гидродинамическая обстановка эффективность и последовательность действия в количественном и качественном отношении гидродинамичесикх сил на дисперсную фазу НСВ в центробежных и струйных каплеобразователях способствуют наиболее полной реализации механизма разрушения НСВ в объеме высокотурбулентного потока. При этом совершенно меняются традиционные представления о гидроциклонах только как об аппаратах разделения нефтяных эмульсий, т.е гидроциклон рассматривается как эффективный аппарат для разделения нефтяных эмульсий так и для коалесценции нефтяных частиц.
В целом в работе рассматривается технология очистки НСВ, основанная на использование гидродинамических эффектов (для интенсификации очистки НСВ)) создаваемых коалесцирующими насадками гидродинамического типа, гидроциклонами и струйными каплеобразователями (коалесцентрами).

Таблица 3.2.
Коалесци-рующая загрузка, фракционный состав Высота загрузки, м Скорость фильтрации, м/ч Коэффициент полидисперсности Эффект коалесцен-ции, Эк
на входе на выходе
1 2 3
ПЭ 0,6 16,5 4,77 3,36 1
фракции 0,8 18,2 8,22 2,90 2
3-5 мм 36,4 5,92 2,69 1
1,0 17,8 5,92 2,11 1
гдк 1,0 17,8 5,69 2,18 2
фракции 1,0 35,5 4,35 2,60 1
3-5 мм 0,8 37,0 4,62 1,61 1

фракции 0,8 63,9 4,35 3,08 1
5-10 мм
гдк 1,0 65,40 7,60 5,00 1
фракции 100,3 8,10 3,10 2
15-20 мм
ПЭВ 0,8 60,4 4,02 3,15 1
фракции 1,0 100,1 4,00 3,01 1
5.5-10 мм 0.8 18.1 3.7 3
КЗСППЭ 0,6 17,84 8,22 3,52 2
фракции 1,0 65,86 4,29 2,11 1
15-20 мм 100,65 7,79 3,22 2

Установлена возможность успешного применения крупнозернистых гидрофобных коалесцирующих насадок с повышенными скоростями фильтрации, работающих в режиме непрерывной саморегенерации для интенсификации процессов очистки НСВ.