CC BY
135
УДК [628.192:665.6]:627.7(0.75.8)
АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ЛЬЯЛЬНЫХ ВОД
Тихомиров Г.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой судовых котельных, турбинных установок и вспомогательного энергетического оборудования, ФБОУ ВПО «Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского»,
e-mail: tikhomirov333@mail.ru
Среди известных методов очистки нефтесодержащих вод (НСВ) можно выделить физические, биологические, коллоидно-химические, электрические и динамические: методы. В технике очистки судовых нефтесодержащих вод в настоящее время находят применение методы коалесценции, отстоя и последующей фильтрации НСВ, в основе которых лежат безреагентные процессы разделения нефтеводных смесей. Они в судовых условиях применения являются экономически целесообразными по сравнению с другими известными методами, не изменяют свойства нефтепродуктов, что дает возможность использовать углеводороды вторично по прямому назначению, например, сжигать в топках судовых паровых котлов.
Ключевые слова: нефтесодержащие воды, нефтеводный поток, льяльные воды, фильтрование.
ANALYSIS OF THE METHODS AND MEANS OF PURIFICATION OF WASTE
WATERS
Tikhomirov G., Doctor of Techniques, professor, head of the Marine boiler, Turbine sets and Auxiliary power engineering equipment chair, FSEI HPE «Maritime State University named after admiral G.I.Nevelskoi», e-mail: tikhomirov333@mail.ru
Among the known methods for cleaning oil-contaminated water (NCW) can distinguish the physical, biological, colloidal-chemical, electrical and dynamic: methods. In the art of marine oil containing water purification currently find application methods coalescence, settling and subsequent filtration NSV, which are based on separation processes partition oilwater mixtures. They use in marine conditions are cost-effective compared with other known methods, do not alter the properties of the oil, which makes it possible to use hydrocarbons secondarily for its intended purpose, e.g., to burn in furnaces marine boilers.
Keywords: oily water, oilwater flow, bilge water, filtration.
Метод очистки нефтесодержащих вод флотацией заключается в насыщении объема очищаемой воды воздухом, пузырьки которого прилипают к частицам НП и, всплывая, поднимают их на поверхность раздела «вода - воздух» в виде легко удаляемой нефтевоздушной пены. Эффективность процесса флотации зависит в основном от вероятности столкновений флотируемых частиц нефтепродукта с пузырьками воздуха и прочности прилипания флотируемых частиц к пузырькам воздуха при столкновениях. Выделившиеся пузырьки газа на капле нефти могут иметь различные расположения и размер, которые зависят от снижения давления во флотаторе, количества растворенного газа в воде и степени перемешивания эмульсии с пузырьками газа. При снижении давления расширившиеся пузырьки газа, налипшие на капле нефтепродукта, начинают сближаться друг с другом и объединяться, постепенно увеличивая суммарный объем воздуха на капле нефти. Оценить
скорость подъема и агрегата (частица нефти - пузырек воздуха) с ограниченной площадью контакта трудно. Однако для грубой оценки скорости подъема агрегата с полной площадью контакта можно использовать формулы Стокса и Адамара - Рыбчинского, отличающиеся только коэффициентами.
Плотность
Р а
r
Р a =
Р r + Р r
_ г н н г з в
по формулам:
3 3
к 3 + к
r + r3
?
где
Р н .. Рз
- плотность соответственно нефти и воздуха.
Тогда формула Стокса для агрегата принимает вид
^Крв -РнУ1 + (Ре -Рз X3]
и =
Цз Г + кз
)/3
(1)
где воде;
q
■ вес частицы нефти, прилипшей к пузырьку воздуха в
Цз
- коэффициент динамической вязкости воды;
Р з
ность воды;
Г Г
н и 3 - радиусы соответственно частицы НП и пузырька воздуха.
Весь процесс может происходить в три стадии: сближение флотируемой частицы с пузырьком воздуха, контакт и прилипание. Создание во всем объеме очищаемой жидкости воздушной эмульсии - необходимое условие для эффективной флотации.
Высокопроизводительным и простым для конструктивного исполнения явился метод струйной аэрации жидкости. Исследования В.Ф. Коваленко и В.Н. Скрипника показали, что флотационная очистка судовых НСВ с применением этого метода снижает содержание КНП до 5-10 мг/л без применения флотоагентов и дополнительного подогрева воды [3]. Поскольку при напорной вакуумной флотации удаётся получить самые мелкие пузырьки воздуха, она нашла широкое применение в практике очистки нефтесодержащих сточных вод с очень мелкими частицами загрязнений. Недостатком судовых флотационных нефтеводных сепараторов (типа СТФ) было наличие в их конструкциях движущихся частей, предназначенных для удаления нефтевоздушной пены, и других деталей, подверженных действию коррозии при контакте с очищаемой морской водой. Поэтому на практике судовое очистное оборудование этого типа не получило своего широкого распространения и было заменено фильтрующим оборудованием отстойно-коалесцентного типа.
При очистке нефтесодержащей воды центрифугированием для разделения двухфазных жидкостей в центробежном поле используют два типа центробежных аппараторов:
- приводные (центрифуги), у которых вращательное движение жидкости передается от вращающихся элементов конструкции, например ротора, связанного с приводом;
- неподвижные (гидроциклоны), у которых вращение жидкости возникает в результате тангенциального входа потока в рабочий объем аппарата (по касательной к окружности).
Конструкции гидроциклонов по сравнению с центрифугами значительно проще. Они компактны, просты в изготовлении и весьма распространены в технике очистки воды от различных дискретных сред [4].
Большинство гидроциклонов имеют вертикальный корпус с патрубками, состоящий из верхней цилиндрической части, закрытой сверху крышкой, и нижней части, имеющей вид усеченного конуса. Очищаемая вода под давлением поступает в корпус гидроциклона через тангенциально установленный патрубок, и за счёт центробежной силы приобретает вращательное спиральное направление движения, направленное по пристенной области корпуса вниз к вершине конуса к выходному патрубку, где нисходящий спиральный поток НСВ разделяется. Капли НП определённого размера, вращаясь в горизонтальной плоскости, имея меньшую плотность по сравнению с водой, приближаются к оси аппарата и по внутренней
r
a
и
- плот
спиральнои траектории поднимаются снизу вверх, где входят в верхний сливной патрубок, установленный по оси гидроциклона в центре крышки. Вода, очищенная от НП выходит через патрубок, имея в своём составе более мелкие (нерасчётные) капли НП. Если рассмотреть движение капли НП в сплошной водной среде, вра-
Кг Г
щающейся с тангенциальной скоростью на радиусе ,
то условием равновесия сил, действующих на каплю (центробежной силы и силы сопротивления среды), будет выражение
П
Ар — = 3пЛм?г I! 6 г
' , (2)
- тангенциальная составляющая скорости потока на
радиусе
Ар
- разность плотностей дискретной и сплошной фаз
. М
w„
- коэффициент динамической вязкости двухфазной среды; г -
скорость осаждения частицы НП в радиальном направлении; ^
- диаметр капли НП в поле действующих сил.
г
Если принять, что ' - радиус сливного патрубка нефтепродукта, тогда предельный диаметр отделившейся в гидроциклоне капли НП, рассчитанный из этих условий равновесия, можно определить по формуле
d =
п р
18 Mwr ' APw2
(3)
откуда следует, что по мере возрастания тангенциальной скорости (при увеличении подачи очищаемой воды) в гидроциклоне будут отделяться все меньшие капли, попадающие в выпускной патрубок гидроциклона.
Однако приведенные рассуждения справедливы только для выделения из жидкости дискретных (твёрдых) частиц, которые сохраняют постоянные размеры. При разделении систем «масло в воде» такого постоянства не наблюдается. В реальных условиях при разделении в гидроциклоне эмульсий существует такая критическая скорость на входе в гидроциклон, при достижении которой происходит не отделение капель нефти от воды, а их дробление. Для точного расчета режима работы гидроциклона (режим разделения или эмульгирования) необходимо знание критических напряжений, действующих на диспергированные капли НП. На каплю действуют различные силы (сила тяжести, центробежная, вязкости, сдвига и поверхностного натяжения). Последняя сила всегда препятствует разрушению нефтяной капли в воде. Соотношение всех вышеперечисленных сил с силой поверхностного натяжения М. Бонет описывает в виде безразмерных критериев [2]:
</Др
Fг .
K =
для силы тяжести
K2 =
d2Apw%i
для центробежных сил
Or
We
-Ф
Fr р
wT,
K = М-г =
We
для сил вязкости
K4 = М
о Re
wTid We 1 Or Re r
для сил сдвига ' ' , (4)
где ^ - коэффициент поверхностного натяжения; крите-
рий Вебера; ^ - критерий Фруда; - критерий Рейнольдса.
Во вращающемся нефтеводном потоке в гидроциклоне на капельный нефтепродукт в основном воздействует сила сдвига. Поэтому определяющим критерием для процесса разрушения капли будет критерий К4. При значениях К4 меньших, чем его критическое значение, гидроциклон будет работать в режиме разделителя, а при значениях К4 больших, чем его критическое значение, - в режиме эмульгатора. М. Бонет не указывает критическое значение критерия
К . Однако из анализа выражений (4) следует, что результаты разделения будут ухудшаться при незначительном поверхностном натяжении, высокой вязкости сплошной среды и возрастании градиента сдвига. С повышением давления на входе в гидроциклон возрастает скорость потока смеси на входе и К4 приобретает значения выше критического, что приводит к эмульгированию нефтепродукта.
Оценивая перспективы использования напорных гидроциклонов для очистки нефтесодержащих вод, следует отметить, что, несмотря на то, что по сравнению с гравитационными отстойниками гидроциклоны имеют большую производительность, так как работают со сравнительно большей гидравлической нагрузкой, пропускная способность и глубина очистки от нефтепродукта отдельного гидроциклона невелика. Поэтому на морском транспорте гидроциклоны применения не получили, хотя раньше на танкерах для очистки балластных нефтесодержащих вод были попытки использования гидроциклонов большой производительности (250-300 м3/ч) фирмы «Турбуло». Оценка их результативности и факты дальнейшего использования в технике очистки сточных нефтесодержащих вод, как в стационарных условиях, так и на водном транспорте, отсутствуют. Весьма эффективным может оказаться объединение гидроциклонов с другими аппаратами для разделения нефтеводных смесей в едином многоступенчатом технологическом комплексе. Правильно подобранная комбинация аппаратов позволит в полной мере, используя преимущества каждого из них, компенсировать присущие им недостатки.
Очистка воды от суспензий фильтрованием в технике применяется достаточно широко. В стационарной технике очистки сточных НСВ наибольшее распространение получили фильтры, заполненные легко доступными зернистыми материалами, такими как кварцевый песок, цеолиты, чугунолитейный шлак, керамзит и др. Фильтры на основе этих материалов имеют пористо-переменную структуру, образованную зёрнами различной формы и крупности. Капилляры такого фильтра являются разборными и промываются после заполнения их НП. Ресурс фильтров на основе подвижной загрузки значительно выше, чем у фильтров из материалов с фиксированной пористой структурой. Процессы фильтрации нефтеводных эмульсий состоят из приближения и контакта капель НП с поверхностью материала зернистой загрузки, вытеснения нефтепродуктом пленки воды с поверхности зерен и адгезией на этой поверхности, заполнения НП наиболее узких поровых каналов зернистого слоя и продвижения по ним в направлении фильтрации. Эти процессы определяются множеством технологических параметров, в первую очередь свойствами зернистой загрузки и фильтруемой эмульсии.
Адгезия жидкости оценивается работой, которую надо затратить для отрыва жидкости от твердой поверхности. Адгезионное взаимодействие между жидкой и твердой фазами распространяется на небольшое расстояние вглубь жидкости [6, 7]. Это расстояние измеряется размерами молекул. По мере удаления слоя жидкости от поверхности твердого тела адгезионное взаимодействие уменьшается, уступая место когезионному взаимодействию. Адгезия и смачивание характеризуются поверхностным натяжением контактирующих тел и краевым углом смачивания (рис. 1). Работа адгезии
La =о ж.г (1 + cose)
где
о.
(5)
поверхностное натяжение на границе «жидкость
газ». -краевой угол смачивания жидкостью твердого тела. при
< 90° поверхность по отношению к воде гидрофильная, при
> 90° - гидрофобная.
Процесс фильтрования эмульсии происходит при контакте твердой поверхности (загрузки фильтра) с двумя жидкостями (водой и нефтепродуктами). Если каждая из этих жидкостей смачивает твёрдую поверхность, то, очевидно, между ними будет происходить конкуренция.
Можно согласиться с авторами работы [2], что в зависимости от соотношения механического и молекулярно-поверхностного воздействия потока жидкости на прилипший слой (воды или нефти) следует выделить:
- механическое и молекулярно-поверхностное воздействие потока достаточно для полного вытеснения прилипшей пленки (вытеснение плёнки воды нефтью);
- механическое и молекулярно-поверхностное воздействие потока не в состоянии преодолеть адгезию пленки, и процесс вы-
Рис. 1. Различные случаи смачивания твёрдой поверхности: Ж - жидкость; Т - твёрдое тело; 0 - краевой угол смачивания;
а.
° -и а
т'ж - поверхностное натяжение на границе фаз соответственно «жидкость - газ», «твёрдое тело - газ» и «твёрдое тело -
жидкость»
теснения не происходит;
- частичное удаление пленки.
Обычно фильтры с загрузкой из кварцевого песка используют для фильтрования в направлении «сверху вниз». При промывке таких фильтров происходит гидравлическая классификация загрузочного материала и наиболее мелкие зёрна оказываются в верхнем фильтрующем слое. Ими задерживается основная масса нефтепродуктов, и нефтеёмкость загрузки фильтра используется далеко не полностью. Результаты эксплуатации и исследований [2] показывают, что наиболее эффективно работает только верхний слой высотой 0,2-0,4 м. Нижние слои используются с весьма низкой эффективностью в связи с увеличением крупности зёрен загрузки и уменьшением размеров капель эмульгированных нефтепродуктов. Из-за быстрого загрязнения верхнего слоя значительно увеличивается сопротивление зернистой загрузки, и фильтры приходится промывать при достижении предельных потерь напора.
Для устранения указанных недостатков целесообразно использовать фильтры с восходящим потоком в направлении убывающей крупности загрузочного материала. При этом нефтеёмкость и продолжительность фильтроцикла увеличивается в ряде случаев в 3-5 раз. Однако такой режим допустим при скорости фильтрации не более 1,0-1,5 мм/с. При больших скоростях происходит взрыхление (взвешивание) фильтрующего слоя; он всплывает (увеличиваются поровые каналы в зернистой загрузке) и эффективность процесса резко ухудшается. Эффективность фильтрования увеличивается при добавлении в очищаемую воду коагулянтов и флокулянтов. Однако в судовых компактных очистных установках это пока не нашло применения.
Один из путей интенсификации фильтрования сточных вод -применение фильтрующих материалов с развитой поверхностью и высокой пористостью. Нефтеёмкость некоторых материалов с размерами частиц 0,5-2 мм при температуре 20 оС характеризуется следующими показателями, кг/кг: кварцевый песок - 0,11; дробленый антрацит - 0,2; дробленый керамзит - 0,33; котельный шлак - 0,2-0,3; литейный кокс - 0,25 [2].
В настоящее время для очистки судовых льяльных вод используются эластичные полимерные материалы, обладающие гидрофобными свойствами, такие как пенополиуретан. Этот материал имеет, открыто ячеистую структуру со средним размером пор 0,8-1,2 мм и кажущуюся плотность 25-60 кг/м3. Он производится из нефти и характеризуется высокой пористостью, механической прочностью, химической стойкостью, что обеспечивает значительную поглощающую способность по НП. Рекомендуется на фильтры из эластичного пенополиуретана подавать НСВ с концентрацией НП и ВВ не более 150 мг/л, тогда качество очистки ее не должно превышать 10 млн-1. Скорость фильтрования допускается до 6-10 мм/с, потери напора - 0,005-0,007 МПа. Грязеёмкость таких фильтров находится в пределах 130-170 кг/м3 [1, 2].
В отличие от обычной фильтрации в технике разделения не-фтеводных смесей применяют ультрафильтрацию (УФ) [14-18], где для очистки воды от растворенных и диспергированных частиц нефти применяют мембраны, например, на основе целлюлозы [14-17, 18]. При давлении около 100-500 кПа через них проходят молекулы воды, а более крупные, чем размеры пор, молекулы НП и их ассоциаты задерживаются. Причем последние задерживаются только поверхностным слоем мембраны и непрерывно смываются с нее тангенциальным потоком очищаемой жидкости. Ультрафильтрационные мембраны имеют небольшую производительность [18], поэтому метод УФ целесообразно использовать, когда объем стоков невелик (десятки л/м2-час). Недостатком всех рассмотренных
фильтров является то, что в результате их регенерации (обычно промывкой) образуется достаточно большое количество высоко эмульгированной и весьма стойкой эмульсии, существенно затрудняющей её утилизацию.
К настоящему времени определились следующие методы фильтрования при очистке льяльных вод:
- фильтрование через пористые зернистые материалы, обладающие адгезионными свойствами (кварцевый песок, керамзит, антрацит, пенополистирол, котельные и металлургические шлаки
и др.);
- фильтрование через волокнистые и эластичные материалы, обладающие сорбционными свойствами и большой нефтеёмкостью (нетканые синтетические материалы, такие как пенополиуретан и др.);
- фильтрование через пластинчатые пакеты, пористые зернистые и волокнистые материалы для укрупнения эмульгированных частиц нефтепродуктов (коалесцирующие фильтры).
Два первых метода близки по основным технологическим принципам, лежащим в основе процесса отделения НП от воды, и отличаются нефтеёмкостью, способностью к регенерации фильтрующей загрузки и конструктивным оформлением. Третий метод принципиально отличается от первых двух, т. к. период фильтроцик-ла, характерный для первых двух методов (обычно не превышает 50 часов), только завершает этап «подготовки» коалесцентного фильтра к работе. После этого образовавшаяся в результате фильтрации плёнка НП отрывается от поверхности фильтрующего слоя и формируется в крупные капли, быстро всплывающие в объёме очищенной воды.
Способность капель НП в водных растворах при определённых условиях коалесцировать достаточно широко используется в технике очистки сточных нефтесодержащих вод [2, 5, 6, 7]. При рассмотрении процесса коалесценции капельных НП часто пользуются теорией устойчивости коллоидных систем Дерягина - Ландау - Фервея - Овербека, так называемой теорией ДЛФО. Однако применительно к льяльным водам морских судов эта теория мало эффективна, т.к. она рассматривает устойчивость монодисперсных коллоидных систем. Взвешенная же фаза загрязнений судовых технологических и льяльных вод не только полидисперсная, но и может иметь разную природу.
Для протекания коалесценции необходимо подавить турбулентность внутри жидкости настолько, чтобы капли могли мигрировать к границе раздела двух жидких фаз и образовывать в этой области гетерогенную зону. Скорость миграции или флокуляции (стекания, группирования) капель определяется такими свойствами, как раз-
ность плотностей между фазами
Ар
, вязкостью сплошной фазы
и размером капель d. Коалесценция капель внутри указанной зоны завершает процесс разделения фаз.
В водных системах, относящихся к полярным жидкостям, фло-куляция и коалесценция происходят с трудом, особенно если капли очень малы (менее 10 мкм). Наши наблюдения показывают, что при температурах среды менее 10 оС такие капли, например мазута марки М40 не коалесцируют. В этих случаях разделение фаз легче осуществить пропусканием дисперсий через слои волоконных материалов. Капли увеличиваются внутри этих слоев за счет коалесценции, и полученная дисперсия затем легко разделяется отстаиванием. На этом принципе собственно и построены все современные установки для очистки судовых льяльных вод.
Дж. Смолуховский [8], анализируя скорость коалесценции в
дисперсиях, еще в 1917 году предложил идеализированную модель для расчета скорости коалесценции системы капель. Однако эту задачу, оказалось, невозможно решить до нашего времени, пока не были проведены важные исследования, большинство из которых посвящено изучению коалесценции единичных капель на плоской поверхности раздела фаз.
Джиллеспи и Ридил [9] сделали вывод, что скорость коалесцен-ции капель определяется процессом утончения и разрыва пленки воды, заключенной между каплей и поверхностью раздела фаз. Считалось, что форма капли подобна форме газового пузыря и что радиус следа пленки К связан с физико-химическими свойствами системы соотношением
К
а
(6)
где а - радиус сферы (капли); О - межфазное натяжение; g - ускорение силы тяжести.
Они установили, что коалесценция маловероятна, пока не пройдет некоторое время t. Процесс утончения пленки протекает до тех пор, пока она не достигнет толщины к , после чего возможен её разрыв. Разрыв наступает в некоторой точке окружности пленки длиной
как результат флуктуаций толщины пленки, возникающих из-за механических колебаний и температурных эффектов. Предполагая, что вероятность разрыва пленки обратно пропорциональна её толщине, они предложили уравнение
Ъ(н / м0) = - к^ - ^ )3/2 , (7)
где N - общее число капель, взятых для изучения; N - число капель, не успевших коалесцировать ко времени t.
В этом выражении константа коалесценции К связана с физическими свойствами системы зависимостью
К = /С0А0 (6о / а|)
1 /2
(8)
где
СЛ
- коэффициент, характеризующий флуктуации;
мг/л. Это объясняется проникновением через фильтр капелек НП размером менее 5-10 мкм [12]. Эффективность коалесценции увеличивается с уменьшением размера частиц и пор загрузочного материала. Так, загрузка фильтра гидрофобизированным стекловолокном (с диаметром нити 7-8 мкм) дает возможность очистить НСВ до остаточной концентрации НП в пределах 5-10 мг/л. Однако при этом значительно увеличивается гидравлическое сопротивление фильтра и осложняется процесс регенерации его (особенно при большом количестве механических примесей и наличии высоковязких НП) [12]. Устойчиво высокий эффект очистки (до 93,5^98,5 %) с помощью коалесцентных фильтров наблюдался при исходной концентрации НП в очищаемой воде более 1000 мг/л и скорости фильтрования 0,007-0,01 м/с через слой зерен полиэтилена диаметром 2,5-3,0 мм, при уменьшении исходных концентраций НП эффект очистки значительно снижался [18].
Седлухо Ю.П. с соавторами [19] разработана математическая модель процесса коалесценции эмульгированных НП на поверхности гидрофобных фильтрующих материалов с учетом их гидродинамических характеристик, которая получила развитие в работе [2]. Здесь, элементарный акт взаимодействия капли НП и поверхности гранулы фильтрующего материала авторы представляют в виде следующих стадий [2]:
- приближение капли к поверхности раздела фаз, приводящее к деформации, как самой капли, так и границы раздела между каплей и гранулой;
- утонение пленки дисперсионной среды между поверхностью капли и поверхностью гранулы; и перенос содержимого капли на поверхность гранулы фильтрующего материала.
На эффективность процесса коалесценции большое влияние оказывают электростатические параметры двойного электрического слоя рассматриваемой системы. Сила электростатического отталкивания от поверхности гранулы в значительной степени зависит как ф0
от 0 - потенциала, так и от толщины диффузной части двойного
X
электрического слоя, характеризующейся величиной
Обе ве-
(Фо и X
вязкость.
Было установлено, что К и t почти линейно возрастают с ростом температуры и увеличением размеров капель для системы «бензол - вода».
Наиболее широкое распространение получил метод коалес-ценции при фильтровании эмульсии через пористые различные материалы. Несомненным достоинством этого метода является его непрерывность, так как расход НП на выходе из слоя загрузки соответствует его значению на входе. Только вместо мелких капель нефти, поступающих в фильтр, из слоя коалесцентного материала выходят укрупнённые капли, быстро всплывающие в объёме очищенной таким образом воде.
Конструктивно метод коалесценции отличается от фильтрации тем, что после завершения процесса формирования крупных капель требуются условия для гравитационного отделения их от воды (отстойник), в то время как после фильтрации через задерживающий материал вода (фильтрат) становится чистой. В связи с тем, что в результате коалесценции образуются капли НП значительных размеров (5^10 мм) и их выделение из потока воды не представляет трудностей, отстойник здесь является дополнительным и необходимым вспомогательным элементом фильтрующего оборудования. Поэтому специальные устройства, при омывании которых в очищаемой среде создаются условия для коалесценции капель НП (пакеты плоскопараллельных или гофрированных пластин, лабиринты и т. п.), также как и фильтры на основе гидрофобно-олеофильных материалов (тканых, нетканых, волокнистых или зернистых), называют коалесцентными, а коалесцирующим веществом в данном случае являются капли нефтепродуктов. В качестве загрузки коалесцент-ных фильтров могут быть использованы полимерные материалы: зернистые полиэтилен и полипропилен, листовой пенополиуретан, а также волокнистые [10-14].
Российскими исследователями изучены различные загрузочные материалы для коалесцентных фильтров [10-12, 14]. Применение гранулированного полиэтилена или пропилена с размером гранул 2,5-4 мм и скорости фильтрации до 0,007 м/с позволяло очистить НСВ до остаточной концентрации НП в воде в пределах 40-50
личины ( 0 и ъ ) определяются концентрацией и валентностью ионов электролита в дисперсионной среде (в воде).
Теоретически и экспериментально метод коалесценции НП в водных растворах слабых электролитов исследован значительно меньше, чем другие. Поэтому в технической литературе отсутствуют методики расчета и проектирования коалесцентных фильтроэле-ментов. Не выявлены факторы, влияющие на протекающие при коалесценции физико-химические процессы. Примером простой в управлении и надежной в эксплуатации судовой нефтеводной сепарационной установки отстойно-коалесцентного типа может служить отечественное фильтрующее оборудование (ФО) для предотвращения загрязнения моря льяльными водами отечественными сепарационными установками типа СКМ, отвечающее требованиям Резолюции Международной морской организации (ИМО) А.393(Х). Анализ технической эксплуатации этого оборудования на судах в Тихоокеанском бассейне России позволил нам выявить некоторые его недостатки, присущие большинству типов и импортного ФО.
Анализ патентных материалов и опыт работы ряда зарубежных фирм по производству судового фильтрующего оборудования показывают, что необходима разработка специальных коалесцентных материалов с широким диапазоном свойств, основными из которых являются: высокая эффективность деэмульгирования НП и способность материала к регенерации. Пока сделаны лишь первые попытки экспериментального изучения влияния некоторых технологических параметров для конкретных нефтеводных дисперсных систем. Изучалось влияние направления фильтрации, а также отрабатывались методики экспериментов и схемы опытных установок. Некоторыми авторами [2] ошибочно признано нецелесообразным нисходящее направление потока фильтрации НСВ в коалесцентных фильтрах. Нами расширен диапазон исследований в этом направлении с целью повышения эффективности судовых нефтеводных сепарационных установок типа СКМ [20-22]. В результате выполненных исследований нами предложена новая технология очистки НСВ (без фильтра типа ФДН и без изменения оставшейся элементной базы установки), которая включает следующие этапы:
- очистка льяльной воды в низкоскоростном гидроциклоне, организованном в верхней полости корпуса предвключенного механического фильтра, с удалением из него отсепарированных нефтепродуктов;
- последующая очистка льяльной воды в предвключённом механическом фильтре при фильтрации её через горизонтальный слой плавающей зернистой загрузки из естественного полипропилена, установленной в зазоре между штатными фильтрующими сборками из эластичного пенополиуретана (поролона);
-окончательная очистка воды в сепараторе, оборудованном регенеративными коалесцентными фильтроэлементами нашей конструкции на основе зернистой загрузки из анионита марки АВ 17-8.
Литература:
1. Брусельницкий Ю. М. Судовые устройства очистки трюмно-балластных вод от нефтепродуктов. - Л.: Судостроение, 1966.
- 200с.
2. Роев Г. А., Юфин В. А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. - М.: Недра, 1987. - 224 с.
3. Коваленко В.Ф., Скрипник В.Н., Яковлев Е.А. Исследование процесса очистки судовых нефтесодержащих вод во флотационных аппаратах со струйным диспергированием воздуха: Там же. - С. 125 - 127.
4. Ефремов И. Ф. Периодические коллоидные структуры. Л.: Химия, 1971. - 191 с.
5. Проскуряков В. А., Смирнов О. В. Очистка нефтепродуктов и нефтесодержащих вод электрообработкой. - СПб.: Химия, 1992.
- 112 с.
6. Дерягин Б. В., Кротова Н. А. Адгезия. Исследования в области прилипания и клеящего действия. - М.- Л.. : АН СССР, 1949.
- 244 с.
7. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. - М.: Изд. иностр. лит., 1963. - 286 с.
8. Smoluckowski J. Z. Phys. Chem., 92, 129 (1917).
9. Gillespie T., Rideal E. K., Trans. Faraday Soc., 52, 173 (1956).
10. Седлухо Ю. П., Клюшин А. А., Бавтот Д. П. О коалесценции нефтепродуктов при фильтрации сточных вод через гидрофобные полимерные материалы // Нефтяное хозяйство. - 1982. - №11. - С. 38 - 42.
11. Седлухо Ю. П., Линкевич А. Д. Некоторые вопросы теории коалесценции эмульсий в процессах очистки нефтесодержащих сточных вод // Охрана окружающей среды. - Минск, 1985. - Вып. 4. - С. 56 - 63.
12. Седлухо Ю. П., Бавтот Д. П., Клюшин А. А. Разработка
и исследование технологических параметров коалесцирующих фильтров для очистки судовых нефтесодержащих сточных вод // ЭИ ВНИИОЭНГ. Сер. «Коррозия и защита окр. среды». - М., 1985.
- Вып. 6. - С. 13 - 17.
13. Toms A.W. Desighn and performance of oleophilic porus media coalescing oil / Water separators // Filtr. and separation, 1987.-V.24.-#3. - P. 188 - 190.
14. Тихомиров Г. И. Судовые технические средства очистки нефтесодержащих вод: Учеб. для вузов. - Владивосток: ДВГМА, 2001. - 122 с.
15. Dean J. H. Nonwoven wet-laid filter media // Filtr. and separation. 1972. - V.9. - #6. - P. 669 - 672.
16. Carrol B. J. The equilibrium of liquid drops on smooth and rough circular cylinders // J. Colloid and interface sci. 1984. - V.97. -#1. - P. 195 - 200.
17. Шатов А. А., Любименко В. А., Бельков В. М. Математическая модель фильтрации эмульсии в волокнистых материалах // Коллоид. журн. - 1992. - Т. 54. - №5. - С. 175 - 181.
18. Седлухо Ю. П., Клюшин А. А., Бавтот Д. П. О коалесценции нефтепродуктов при фильтрации сточных вод через гидрофобные полимерные материалы // Нефтяное хозяйство. - 1982. - №11. - С. 38 - 42.
19. Седлухо Ю. П., Линкевич А. Д., Линкевич Т. П., Митинов А.
B. Взаимодействие эмульгированных нефтепродуктов с загрузкой коалесцирующих фильтров при очистке нефтесодержащих стоков // Сооруж. и способы очистки природн. и сточн. вод. - Л., 1990. -
C. 27 - 32.
20. Тихомиров Г. И. Опыт применения судового оборудования по предотвращению загрязнения моря в условиях промышленных предприятий: Материалы междунар. конф. «Нетрадиционная энергетика и технология», Часть 1. - Владивосток: ДВО РАН, 1995. - 80 с.
21. Тихомиров Г. И., Тихомиров С. Г. Технология модернизации судовых нефтеводяных сепарационных установок отстойно-коалесцирующего типа: Тез. докл. / Межвуз. науч. конф. «Морское образование на Дальнем востоке» - Владивосток: ДВГМА, 1996.
- С. 27 - 28.
22. Тихомиров Г. И. Коалесцирующий элемент. Свидетельство на Полезную модель № 472 от 08.07.1992 г. - М.: РОСПАТЕНТ, 1995.
