Морозова Л.А., канд. Техн. Наук, Мавренко Г.А., Кочешков Б.А., инженеры (Украина, Луганск, ГП «Укрнииуглеобогащение») — Очистка сточных вод коксохимических производств методом флотации

Очистка воды от загрязнений, использование и воспроизводство водных ресурсов являются одной из ключевых проблем, стоящих перед высокоразвитыми странами.

Сточные воды коксохимических производств содержат нерастворимые примеси, смолы, масла и ПАВ, состоящие из высокомолекулярных ароматических углеводородов, не подвергающихся биологической деструкции. Такие углеводороды, вследствие их высокой адсорбционной способности обволакивают активный ил (скопление микроорганизмов, способных разрушать органические вещества), предотвращая доступ к нему кислорода, и тем самым значительно уменьшают окислительную способность микроорганизмов в аэротенках.

Наиболее эффективными способами очистки сточных вод коксохимического производства от загрязнений маслами, смолами и взвешенными частицами являются отстаивание и обработка слива отстойников в маслоотделителях методом флотации. Очистка сточных вод флотацией в значительной степени зависит от аэрации, и может иметь самостоятельное значение или явиться решающим фактором при выборе метода предварительной очистки. Определяющим фактором стабильной работы маслоотделителей биохимустановок, в которых происходит флотационная очистка, является отсутствие резких колебаний загрязнителей сточных вод на выходе из маслоотделителя, а также поддержание в воде нормативного уровня высокомолекулярных ароматических углеводородов.

В настоящее время маслоотделители биохимустановок практически всех коксохимических заводов Украины оснащены центробежными аэраторами АМ-350, которые морально устарели и не отвечают современным требованиям по производительности, межремонтному сроку и степени очистки сточных вод от нерастворимых примесей и масел.

Вследствие имеющихся конструктивных особенностей применяющихся центробежных аэраторов импеллер в них заглублен почти до дна камеры маслоотделителя (на глубину 1400 мм). Это вызывает необходимость наличия вала в аэраторе длиной 1670 мм, что обусловливает увеличение нагрузки на подшипники вследствие возникновения малейшего дисбаланса в аэраторах и значительное снижение межремонтного периода.

Институтом «Укрнииуглеобогащение» разработаны аэраторы с импеллером и статором принципиально новой конструкции — радиально-осевого типа. Отличительной особенностью импеллера радиально-осевого типа является наличие рабочих лопастей сложной конфигурации, состоящих из центробежной лопатки и двух встречно расположенных осевых колес. Совмещение в одном импеллере двух встречно расположенных осевых колес и радиальных лопаток создает условия для интенсивной пульсирующей турбулентности в сочетании с волновым движением аэрируемой жидкости.

Такая конструкция импеллера реализует новый принцип аэрации с повышенной внутрикамерной циркуляцией, и таким образом обеспечивает улучшение минерализации, способствует максимальному выносу масел с пузырьками воздуха. При этом нерастворимые примеси и масла всплывают на поверхность аэрируемой жидкой фазы и своевременно удаляются с пенным слоем.

Преимуществом аэраторов радиально-осевого типа по сравнению с другими является также наличие регулятора на воздуховоде, что создает возможность варьирования расхода воздуха на аэрацию.

Статор обеспечивает безударный отвод водовоздушной смеси и распределение ее по горизонтальному сечению камеры благодаря 12-ти изогнутым вертикальным пластинам, закрепленным на образующей воздуховода.

Сочетание импеллера и статора принципиально новой конструкции в аэрационном блоке позволяет установить их на более высоком уровне по отношению к днищу камеры без снижения аэрационных характеристик, что особенно важно для увеличения производительности аэратора по воздуху и воде.

На биохимустановке ОАО «Авдеевский КХЗ» проведены сравнительные опытно-промышленные испытания экспериментального образца аэратора АМО с импеллером радиально-осевого типа и серийного образца аэратора АМ-350 с импеллером центробежного типа. В качестве исходного материала маслоотделителя служит слив отстойника смолы, насыщающийся в маслоотделителе с помощью аэратора атмосферным воздухом. Масла всплывают на поверхность воды и удаляются в виде пены, а очищенный камерный продукт направляется в аэротенки для дальнейшей обработки активным илом.

Для определения изменения производительности испытуемого аэратора по воздуху и воде, потребляемой мощности электродвигателя и степени очистки промышленных сточных вод в зависимости от конструктивных особенностей аэратора было выбрано несколько вариантов сборки экспериментального образца:

узлы импеллер-статор двух различных диаметров (280 и 350 мм);
узел импеллер-статор устанавливается в камере маслоотделителя на различной глубине по длине вала (1100 и 1400 мм).

В процессе испытаний было установлено, что варианты установки импеллера диаметром 350 мм ни на глубине 1400 мм, ни на глубине 1100 мм не удовлетворяют требованиям технологической эксплуатации, так как при диаметре импеллера 350 мм потребляемый ток электродвигателя составляет 30 ампер, что выше номинального.

Поэтому дальнейшие испытания экспериментального образца проводились с импеллером, диаметр которого равен 280 мм, при различной глубине погружения узла импеллер-статор. Рабочий ток электродвигателя составил при этом 19 ампер, что соответствовало номинальному значению.

Средние показатели по вариантам сборки узла импеллер-статор приведены в таблице 1.

Таблиця 1 — Показники технічної води до коагуляції і флокуляції та після очистки

При проведении опытно-промышленных испытаний было установлено, что с заглублением импеллера количество засасываемого им воздуха уменьшается от 120 до 110 м³/час, что характерно для любого аэратора механического типа, однако его величина превосходит количество воздуха, подаваемого в камеру маслоотделителя серийным аэратором в 2,5 раза.

Анализ результатов опытно-промышленных испытаний свидетельствует о том, что показатели очистки от масел и посторонних примесей находятся в зависимости от степени аэрации очищаемой эмульсии, что подтверждается результатами опробований приведенными в таблице. Так, степень очистки, определяемая как отношение разности концентрации масел на входе и выходе маслоотделителя к исходной концентрации масел, выраженная в процентах равна:

глубина погружения экспериментального импеллера 1100 мм

Sэксперим.=[(Снач. - Скон. ): Снач.]*100=88,7 %

Sсерийн.=[(Снач. - Скон. ): Снач.]*100=86,1 %

глубина погружения экспериментального импеллера 1200 мм

Sэксперим. = 89,7 %

Sсерийн. = 88,2%

глубина погружения экспериментального импеллера 1300 мм

Sэксперим. = 90 %

Sсерийн. = 85,9%

В среднем за период испытаний степень очистки сточных вод от масел в камере модернизированного маслоотделителя с экспериментальным аэратором радиально-осевого типа составила 89,5 %, что на 2,5 % выше по сравнению со степенью очистки в маслоотделителе с центробежным аэратором (87 %). При этом производительность экспериментального аэратора радиально-осевого типа выше серийного центробежного на 6,2 м³/час.

Как видно из данных таблицы, концентрация масел после маслоотделителя в камерах с экспериментальным образцом аэратора при всех вариантах установки узла импеллер-статор по глубине значительно меньше (7,2 — 10,5 мг/дм ³), чем в камерах с серийным аэратором центробежного типа (9,2 — 15,0 мг/дм ³). При этом, абсолютное значение концентрации масел в камере с аэратором радиально-осевого типа наименьшее при установке узла импеллерстатор на глубине 1100 мм.

Таким образом, сравнительные испытания экспериментального и серийного аэраторов в условиях цеха улавливания №1 ОАО «АКХЗ» показали, что экспериментальный аэратор АМО — 280 с импеллером радиально-осевого типа обеспечивает более эффективное ведение процесса маслоочистки с меньшим содержанием масел после флотации, а также обладает более высокой производительностью по газовой и жидкой фазе по сравнению с серийным центробежным аэратором.

Конструкция аэратора радиально-осевого типа предусматривает установку импеллера на валу, который на 300 мм короче серийного, при этом уменьшение длины вала позволит снизить вибрационные нагрузки на подшипниковые узлы и таким образом увеличить срок службы аэратора. Применение импеллера меньшего диаметра и укороченного вала снижает материалоемкость и стоимость изделия.

Положительные результаты испытаний позволили рекомендовать аэраторы с импеллером радиально-осевого типа для модернизации всех маслоотделителей биохимочистки коксохимического завода.