Установка для очистки сточных вод от нефтепродуктов и твердых примесей

 

Изобретение относится к области очистки сточных вод, в частности к устройствам для очистки сточных вод от нефтепродуктов и твердых примесей. Сточную воду подают в емкость, а затем в магнитогидродинамический индуктор, где она подвергается магнитной обработке для облегчения коалесцирующей способности нефтепродукта. Обработанная вода входит в цилиндр корпуса в тангенциальном направлении, при этом крупные частицы твердых примесей спускаются вниз. Далее поток попадает в коалесцирующую камеру, где происходит образование на гранулах пенополистирола пленок нефтепродукта, которые затем отрываются и превращаются в капли. В отстойнике вода проходит через слой гидрофильной насадки, гранулы которой транспортируют на себе капли нефтепродукта. В камере гранулы пенополистирола отбирают капли нефтепродукта и перемещают его к перегородке. Последний проходит ее, достигает уровня раздела фаз и пополняет слой нефтепродукта. Очищенная вода, повернув вниз, проходит через гидрофильную перегородку и по центральной трубе через трубопровод поступает в емкость и через патрубок удаляется из установки. 1 ил.

Изобретение относится к области очистки сточных вод, в частности к устройствам для очистки сточных вод от нефтепродуктов и твердых примесей.

Для улучшения экологической обстановки во многих отраслях народного хозяйства, например нефтедобывающей, металлургической, химической, морском и речном транспорте, требуется очистка сточных вод от нефтепродуктов и твердых примесей. Для этих целей широко используются фильтры, отстойники, сепараторы, позволяющие очистить сточные воды с достаточно высокой степенью отделения от нее продуктов загрязнения. В патенте РФ N 2019263, кл. B 01 D 24/30 описан фильтр для очистки сточной воды от нефтепродуктов и взвешенных частиц. Он содержит корпус с крышкой и днищем, плавающую фильтрующую загрузку в виде зерен пенополистирола, распределитель, дренажную систему и присоединенную к днищу цилиндрическую обечайку с патрубком для отвода промывной воды.

Конструкция фильтра позволяет достигнуть относительно высокую степень очистки сточных вод от твердых примесей, однако степень очистки от нефтесодержащих продуктов недостаточно высокая, поскольку не предусматривает отвода нефтепродукта из фильтра в процессе очистки. Нефть скапливается в зернах и отмывается от них только в процессе регенерации. Пенополистирол выполняет функцию фильтрующего элемента, а не коалесцирующего.

В авт.св. СССР N 1301443, кл. B 01 D 17/02 описан коалесцирующий фильтр для очистки сточных вод от нефтепродуктов. Он содержит корпус, камеру коалесценции, верхнюю и нижнюю сетки, между которыми размещены коалесцирующий материал, камера отстаивания для сбора нефтепродуктов, патрубок для их отвода, патрубок для ввода сточной воды, стакан для изменения направления и скорости ее потока и патрубок для отвода очищенной воды, размещенный соосно стакану и опущенный в него. Известный фильтр предусматривает значительную степень очистки от нефтепродуктов, однако не предусматривает отделения твердых частиц из сточной воды вне коалецирующей камеры, что влечет за собой засорение коалесцирующего материала от твердых примесей, а значит, и частую остановку работы фильтра.

В авт.св. СССР N 1212463, кл. B 01 D 17/02 описана установка для очистки сточных вод от нефтепродуктов и твердых примесей. Она содержит цилиндрический корпус с крышкой, внутри которого расположены камера с коалесцирующей насадкой, отстойник и камера дополнительной очистки. В нижней его части расположены патрубки для ввода сточной и вывода очищенной воды, а в верхней его части - патрубок для отвода нефтепродукта. На входе сточной воды в корпус расположено устройство для подогрева концентрированных сточных вод с высоким содержанием, например, парафина. Оно выполнено в виде змеевика пароподогрева с целью снижения вязкости смеси. Сточная вода, проходя зону подогрева, поступает в отстойную камеру, где под действием гравитационных сил происходит отделение основной массы нефтепродукта. Далее вода поступает в коалесцирующую камеру, где капли нефтепродуктов налипают на коалесцирующую насадку. Укрупненные капли выносятся с водой в гравитационный отстойник, где всплывают вверх. Процесс заканчивается в камере дополнительной очистки, где происходит фильтрация ее через слой коалесцирующих гранул. В процессе очистки в порах коалесцирующей насадки задерживаются твердые взвеси, что ухудшает степень очистки воды. Восстановление свойств гранулированной насадки осуществляют путем промывки ее встречным потоком воды, для чего останавливают процесс очистки.

Конструкция известной установки позволила повысить степень очистки сточных вод от загрязнений. Однако относительно короткий цикл работы установки и длительность процесса регенерации снижают его производительность и повышают трудоемкость. Кроме того, гравитационные силы в потоке не могут в полной мере обеспечить удаление укрупненных капель нефтепродукта из установки в связи с отсутствием контактного механизма их отделения от воды.

Задача изобретения - создание такой конструкции установки, которая предусматривала бы повышение как глубины очистки сточных вод от нефтепродуктов и твердых примесей, так и производительности процесса за счет увеличения длительности фильтроцикла.

Задача решена за счет того, что установка снабжена расположенным на входе сточной воды в корпус устройством для снижения ее устойчивости, выполненным в виде магнитогидродинамического индуктора, а также соединенными с корпусом емкостями для сточной и очищенной воды с укрепленными на них патрубками, причем патрубок для отвода очищенной воды расположен ниже патрубка для отвода нефтепродуктов, корпус снабжен нижней гидрофобной, средней гидрофильной и верхней гидрофобной перфорированными перегородками, а также центральной трубой с укрепленным на ней стаканом, выполненным с коническим дном и с внутренней гидрофильной перегородкой и образующим с верхней перегородкой зазор, камера с коалесцирующей насадкой заключена между нижней и средней перегородками, отстойник и камера дополнительной очистки - между средней и верхней перегородками, верхняя перегородка установлена ниже патрубка для отвода нефтепродуктов и подвижно соединена с крышкой корпуса, а нижняя его часть выполнена в соединении с цилиндром меньшего диаметра с образованием водораспределительной камеры.

Технический результат - повышение степени удаления из сточных вод как нефтепродуктов, так и твердых примесей, а также увеличение цикла процесса очистки.

На чертеже представлен общий вид установки перед началом процесса очистки.

Установка содержит корпус 1, емкости 2, 3 для сточной и очищенной воды с патрубками 4, 5 и магнитогидродинамический индуктор 6 для предварительной обработки сточной воды, расположенный при входе ее в корпус 1. Последний выполнен в виде цилиндра, в верхней части которого установлена крышка 7, а нижняя его часть выполнена в виде цилиндра 8 меньшего диаметра. Внутри корпуса 1 неподвижно установлена центральная труба 9 с укрепленным на ней стаканом 10 с коническим дном 11 и внутренней гидрофильной перегородкой 12. В корпусе 1 расположены нижняя гидрофобная, средняя гидрофильная и верхняя гидрофобная перфорированные перегородки 13, 14 и 15. Последняя соединена с крышкой 7 через штангу 16, выполненную с возможностью перемещения. Верхняя перегородка расположена над стаканом 10 с образованием зазора 17. Между нижней и средней перегородками 13, 14 заключена коалесцирующая камера 18 с насыпной гидрофобной насадкой в виде гранул пенополистирола, между средней и верхней перегородками 14, 15 - отстойник 19 с насыпной транспортирующей насадкой в виде гранул полистирола и камера 20 дополнительной очистки с вспомогательной насыпной насадкой в виде гранул пенополистирола, а в цилиндре 8 заключена водораспределительная камера 21. В верхней части корпуса 1 выше верхней перегородки 15 установлен патрубок 22 для удаления нефтепродуктов. Ось этого патрубка удалена от оси патрубка 5 емкости 3 на расстояние, рассчитанное в соответствии с формулой, выведенной из закона сообщающихся сосудов где Δh - разница в уровнях размещения патрубков; δ^о_н - начальная толщина слоя нефтепродукта; ρ_н - плотность нефтепродукта; ρ_в - плотность воды.

На боковой стенке корпуса 1 между нижней и средней перегородками 13, 14 и между средней и верхней перегородками 14, 15 установлены загрузочные и разгрузочные патрубки 23, 24 и тройник 25, причем последний снабжен клапанами 26, 27. В нижней части корпуса 1 размещены тройник 28 с двумя клапанами 29, 30, патрубок 31 для подачи в корпус сжатого воздуха и патрубок 32, соединяющий корпус 1 через трубопровод 33 с емкостью 2. На трубопроводе 33 размещен магнитогидродинамический индуктор 6 для магнитной обработки сточной воды. Центральная труба 9 соединена трубопроводом 34 с емкостью 3 через клапан 35 и с системой подачи промывной воды через клапан 36.

Установка в соответствии с изобретением работает следующим образом.

Перед процессом очистки проводят подготовку установки к работе. Коалесцирующую камеру 18 через патрубок 23 или 24 заполняют коалесцирующей насадкой - гранулами пенополистирола до заданного уровня. Через тройник 25 при открытом клапане 27 в отстойник 19 загружают заданное количество транспортирующей насадки - гранул полистирола и вспомогательной насадки - гранул пенополистирола. Крышку 7 устанавливают на корпусе 1 и за счет перемещения штанги 16 обеспечивают заданную величину зазора 17 между стаканом 10 и перегородкой 15. Далее через открытый клапан патрубка 32 при открытом клапане 35 из емкости 2 в корпус 1 подают чистую воду с помощью насоса, при этом гранулы легкого пенополистирола всплывают в коалесцирующей камере 18 до перегородки 14, а в отстойнике 19 - до перегородки 15, образуя камеру 20 дополнительной очистки. Процесс подачи воды ведут до тех пор, пока чистая вода не начнет выливаться из патрубка 5 емкости 3. Уровень воды в корпусе 1 займет положение между перегородкой 15 и патрубком 22, соответствующее положению в сообщающейся емкости 3. После этого через патрубок 22 в корпус 1 заливают слой 37 нефтепродукта до достижения уровня слива из него, при этом излишек воды вытесняется в емкость 3 и выливается через патрубок 5. Устанавливается гидростатическое равновесие в системе сообщающихся сосудов 1, 3 и граница раздела фаз: вода - нефтепродукт. Поверхность раздела соответствует уровню перегородки 15. Сообщающиеся сосуды 1, 3 связаны с атмосферой автоматическими пневмоклапанами 38, 39.

Процесс очистки сточной воды проводят следующим образом.

Сточную воду через патрубок 4 подают в емкость 2, например, с помощью насоса. Сточная вода по трубопроводу 33 проходит через магнитогидродинамический индуктор 6, где подвергается магнитной обработке с целью снижения уровня ее стабилизации, значительно облегчая коалесцирующую способность дисперсной фазы - нефтепродукта. После такой обработки сточная вода через патрубок 32 входит в цилиндр 8 в тангенциальном направлении, обеспечивая закручивание потока. При этом крупные частицы твердых примесей опускаются вниз, а закрученный поток воды, поднимаясь вверх, претерпевает внезапное расширение в водораспределительной камере 21, трансформируясь в равноскоростной по сечению поток. Равномерный поток сточной воды через перегородку 13 попадает в коалесцирующую камеру 18. На поверхности гранул пенополистирола дисперсная фаза коалесцируется с образованием на них пленок нефтепродукта, которые затем отрываются от гранул и превращаются в капли. Сточная вода с укрупненными каплями проходит через перегородку 14 в отстойник 19 через слой транспортирующей насадки - гранул полистирола, являющегося гидрофобным материалом. В отстойнике 19 его гранулы захватывают, коалесцируют и транспортируют на себе капли нефтепродукта, меняя при этом баланс плавучести с отрицательного на положительный. Перемещаясь с ускорением по зазору между конусом 11 и корпусом 1, гранулы полистирола с каплями нефтепродукта вместе с потоком воды достигают камеру 20 дополнительной очистки, содержащую вспомогательную плавающую насадку, которая отбирает от них капли нефтепродукта. Отдав нефтепродукт, гранулы полистирола опускаются вниз. В камере 20 происходит интенсивный процесс отделения нефтепродукта от воды и его перемещения к перегородке 15. Скоалесцированный нефтепродукт и вспомогательная насадка образуют контактную нефтяную среду, способствующую захвату капель нефтепродукта из потока и перемещению их, наряду с подъемной силой, к поверхности раздела фаз. При достижении уровня стакана 10 направление движения воды и нефтепродукта изменяется: последний движется вверх, вода - вниз. Нефтепродукт проходит через перегородку 15, достигает уровня раздела фаз и пополняет слой 37. Толщина этого слоя увеличивается и при превышении уровня патрубка 22 нефтепродукт выливается через него в приемник. Очищенная от крупных капель вода, повернув вниз, проходит через гидрофильную перегородку 12. Последняя не пропускает через себя нефтепродукт. Он всплывает и, попадая под действие контактной нефтяной среды, поглощается ею. Очищенная полностью от нефтепродукта вода по центральной трубе 9 через трубопровод 34 при открытом клапане 35 поступает в емкость 3 и через патрубок 5 удаляется из установки.

Твердые примеси, вынесенные потоком воды в корпус 1, по мере работы установки накапливаются в гранулах пенополистирола, что приводит к нарушению процесса очистки. Сигналом об окончании фильтроцикла является показание изменения давления в емкости 2, регистрируемое с помощью прибора 40. Для удаления загрязнений необходима систематическая регенерация гранулированных насадок. Для промывки насадки в коалесцирующей камере 18 промывную воду подают в корпус 1 через тройник 25 при открытом клапане 26. Перед промывкой через патрубок 31 в корпус 1 подают сжатый воздух для увеличения объема гранулированной насадки и облегчения промывки ее водой. В процессе промывки вымытые из гранул твердые примеси вместе с водой удаляются через тройник 28 при открытом клапане 29. Для промывки вспомогательной насадки от случайно проскочивших твердых частиц промывную воду подают через центральную трубу 9 при открытом клапане 36 и отводят через тройник 28 при открытом клапане 29.

При работе установки в рабочем режиме достигается высокая степень очистки сточной воды (до 99,5%) как от нефтепродуктов, так и от твердых примесей. Высокая степень очистки от нефтепродуктов достигается за счет использования в ней магнитогидродинамического индуктора, предусматривающего снижение уровня стабилизации сточной воды, использования водораспределительной камеры, в которой происходит равномерное распределение потока воды по сечению корпуса и осаждение крупных твердых примесей, а также за счет интенсификации процесса отделения капель нефтепродукта от гранул на границе разделения фаз: нефть - вода в результате создания контактной нефтяной среды. Высокая степень очистки от твердых примесей достигается за счет двукратного их осаждения - вначале в водораспределительной камере, а затем в коалесцирующей камере.

Фильтроцикл установки значительно увеличен за счет того, что регенерацию гранулированных насадок осуществляют только от твердых примесей, поскольку нефтепродукты отводятся из насадок установки в процессе очистки, а также за счет того, что часть твердых примесей удаляется из воды на начальном периоде ее очистки, не соприкасаясь с гранулами, через приоткрытый клапан 30, либо перед промывкой.

Формула изобретения

Установка для очистки сточных вод от нефтепродуктов и твердых примесей, включающая цилиндрический корпус с крышкой и с установленным в верхней его части патрубком для отвода нефтепродуктов, патрубки для ввода в корпус сточной воды и отвода из него очищенной, а также расположенные внутри корпуса коалесцирующую камеру, отстойник и камеру дополнительной очистки, отличающаяся тем, что она снабжена расположенным на входе сточной воды в корпус устройством для снижения ее устойчивости, выполненным в виде магнитогидродинамического индуктора, а также соединенными с корпусом емкостями для сточной и очищенной воды с укрепленными на них патрубками для ввода сточной воды и отвода очищенной, причем последний расположен ниже патрубка для отвода нефтепродуктов, корпус снабжен нижней гидрофобной, средней гидрофильной и верхней гидрофобной перфорированными перегородками, а также центральной трубой с укрепленным на ней стаканом, выполненным с коническим дном и с внутренней гидрофильной перегородкой и образующим с верхней перегородкой зазор, коалесцирующая камера заключена между нижней и средней перегородками, отстойник и камера дополнительной очистки - между средней и верхней перегородками, последняя установлена ниже патрубка для отвода нефтепродуктов и подвижно соединена с крышкой корпуса, а нижняя его часть выполнена в соединении с цилиндром меньшего диаметра с образованием водораспределительной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1