Установка для очистки воды от нефтепродуктов и механических примесей

 

Изобретение относится к области очистки воды, в частности к установкам для очистки природных и сточных вод от нефти, нефтепродуктов и механических примесей. Установка включает вертикальный цилиндрический корпус с подающим и отводящим патрубками, расположенный по оси корпуса вокруг подающей, центральной трубы внутренний цилиндр, заполненный фильтрующе-коалесцирующим материалом, причем дополнительно установка снабжена коалесцирующей камерой, установленной под корпусом, а нижняя часть центральной трубы размещена коаксиально в камере, имеющей также конусообразную крышку, в которой расположен патрубок для отвода механических примесей. В цилиндрической части камеры установлен патрубок для тангенциального ввода загрязненной воды. Коалесцирующая камера заполнена гранулами полипропилена с положительной плавучестью, между внутренним цилиндром и корпусом установлена перегородка, внутренний цилиндр выполнен в виде сменного патрона, снабженного штуцером для слива нефтепродуктов и содержащего слои фильтрующе-коалесцирующих материалов, расположенных в определенной последовательности. В патроне установлены также перфорированные перегородки, разделяющие эти слои. Кроме того, в верхней части патрона, к центральной трубе прикреплена наклонная перегородка в виде усеченного конуса, выше крепления перегородки установлен регулятор поддержания заданного уровня воды в патроне. Установка обеспечивает высокую эффективность и производительность, не допускает снижения качества воды при резком повышении концентрации нефтепродуктов на входе установки и при повышении давления воды, а также обеспечивает эффективное извлечение из сточных вод одновременно плавающих, эмульгированных, коллоидных и растворенных нефти и нефтепродуктов, доводя их содержание в очищенной воде до уровня предельно допустимых концентраций для слива очищенной воды в водоемы рыбохозяйственного значения. Предложенная установка компактна, проста и недорога в изготовлении и обслуживании, потребляет малое количество электроэнергии. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области очистки воды, в частности к установкам для очистки природных и сточных вод от нефти, нефтепродуктов, механических примесей и может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства, например в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и химической промышленностях, на морском и речном транспорте для очистки трюмно-балластных судовых вод, в городском хозяйстве для очистки ливневых и дождевых вод, производственных стоков автозаправок и автомоек.

Содержание нефтепродуктов в очищаемой воде может изменяться в очень широких пределах и несмотря на наличие большого количества технических средств и материалов для удаления нефтепродуктов из воды требование создания эффективной, оперативной, универсальной установки остается актуальным. Наиболее остро стоит вопрос в случаях аварийного разлива нефтепродуктов, когда очищаемая вода содержит большое количество нефтепродуктов и необходимо не только быстро очистить воду, но и собрать нефть или нефтепродукты в целях дальнейшей утилизации.

Во многих случаях необходима очистка воды не только от нефтепродуктов, но и от сопутствующих механических примесей, причем нефтепродукты могут содержаться в воде не только в плавающем состоянии, но и в коллоидном, эмульгированном и растворенном виде. Поэтому наиболее эффективные известные очистные установки представляют собой, как правило, сепараторы, содержащие фильтрующие, коалесцирующие и сорбционные материалы, позволяющие максимально очищать воду до предельно допустимых концентраций (ПДК) нефтепродуктов.

Известна 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, причем на входе сточной воды в корпус она снабжена дополнительно устройством - магнитогидродинамическим индуктором для снижения устойчивости сточной воды, корпус снабжен также нижней гидрофобной, средней гидрофильной и верхней гидрофобной перфорированными перегородками, а также центральной трубой с укрепленным на ней стаканом, выполненным с коническим дном и образующим с верхней перегородкой зазор, коалесцирующая камера заключена между нижней и средней перегородками, отстойник и камера дополнительной очистки между средней и верхней перегородками, а верхняя перегородка установлена ниже патрубка для отвода нефтепродуктов и подвижно соединена с крышкой корпуса, нижняя часть корпуса выполнена в соединении с цилиндром меньшего диаметра с образованием водораспределительной камеры (патент РФ 2114786, кл. C 02 F 1/40, 1998).

Конструкция данной установки обеспечивает высокую степень очистки от твердых примесей, увеличенный фильтроцикл и достаточно высокую глубину очистки от нефтепродуктов (до 99,5%), однако, она недостаточно эффективна при очистке воды с высоким содержанием нефтепродуктов на входе, особенно тонкоэмульгированных, а также не отличается стабильной работой при резком перепаде давления воды на входе.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является установка для разделения водно-нефтяных дисперсных смесей, которая используется для очистки природных и сточных вод от диспергированных нефтепродуктов, с последующей их утилизацией, описанная в патенте РФ 2129899, кл. B 01 D 17/022, 1999.

Установка включает закрытый вертикальный цилиндрический корпус с патрубком для отвода нефтепродуктов, установленным в верхней его части и расположенным выше отвода очищенной воды на величину X, патрубок ввода загрязненной воды в нижней части корпуса по центральной трубе, патрубок отвода очищенной воды, а также расположенной по оси корпуса вокруг центральной трубы фильтрующий элемент - внутренний цилиндр, заполненный двумя слоями фильтрующе-коалесцирующего материала, в том числе и олеофильным, волокнистым, и имеющим снизу поддерживающую перфорированную перегородку.

Данная установка с фильтрующим элементом в виде двух слоев материала с олеофильными и гидрофильными свойствами обеспечивает высокое качество очистки дисперсных смесей, содержащих нефтепродукты, практически не требует регенерации фильтрующей загрузки, однако, несмотря на ряд преимуществ, этот сепаратор не может обеспечить стабильной, высокоэффективной работы и производительности при очистке вод с содержанием нефтепродуктов в разном физическом состоянии и резких колебаниях давления воды на входе в установку.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение вышеприведенных недостатков известных установок, а также создание недорогой, мощной, но компактной установки, работающей, практически в автономном режиме, без снижения качества очистки воды при резком повышении давления и концентрации нефтепродуктов на входе установки и одновременно отделяющей плавающие, эмульгированные, коллоидные и растворенные нефть и нефтепродукты, а также механические примеси.

Поставленная задача решается тем, что предложенная установка для очистки воды от нефтепродуктов и механических примесей, включающая закрытый вертикальный цилиндрический корпус с патрубком для отвода нефтепродуктов, установленным в верхней его части и расположенным выше отвода очищенной воды, патрубок ввода загрязненной воды в нижней части корпуса по центральной трубе, патрубок отвода очищенной воды, а также расположенный по оси корпуса вокруг центральной трубы внутренний цилиндр, заполненный слоями фильтрующе-коалесцирующего материала, в том числе и волокнистым, и имеющий снизу поддерживающую перфорированную перегородку, согласно изобретению дополнительно снабжена установленной под корпусом коалесцирующей камерой в виде цилиндра с конусообразной крышкой, при этом нижняя часть центральной трубы размещена коаксиально в верхней, цилиндрической части камеры, в которой также расположен патрубок для тангенциального ввода загрязненной воды, а в крышке установлен патрубок для отвода механических примесей, причем камера заполнена гранулами полипропилена с положительной плавучестью, между внутренним цилиндром и корпусом установлена коаксиально перегородка, задающая скорость потока воды, внутренний цилиндр выполнен в виде сменного патрона, оборудованного штуцером для слива нефтепродуктов и содержащего слои фильтрующе-коалесцирующего материала, расположенные сверху вниз в следующей последовательности: гранулы полипропилена с положительной плавучестью и покрытые поверхностно-активными веществами (ПАВ), волокнистый сорбент, мелкодисперсный коалесцирующий материал и еще один слой волокнистого сорбента, кроме того, в патроне расположены две перфорированные перегородки, ограничивающие верхний слой полипропилена, и дополнительно в верхней части патрона над решеткой к центральной трубе прикреплена наклонная перегородка в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз, а в верхней части центральной трубы, выше крепления наклонной перегородки установлен регулятор поддержания заданного уровня воды в патроне.

Поставленная задача решается также тем, что коалесцирующая камера на 10-40% по объему заполнена гранулами полипропилена с положительной плавучестью, а также тем, что верхняя часть патрона заполнена гранулами полипропилена с положительной плавучестью на 70-90% по объему.

Кроме того, в качестве мелкодисперсного коалесцирующего материала, находящегося между двумя слоями волокнистого сорбента, предпочтительно использовать фильтрующий материал "перлит-М".

Предложенная установка характеризуется еще и тем, что верхняя перфорированная перегородка и поддерживающая перфорированная перегородка выполнены съемными, наклонная перегородка установлена с возможностью изменения угла наклона.

Для решения поставленной задачи в качестве поверхностно-активных веществ используют вещества, не смываемые с поверхности гранул полипропилена ни водой, ни нефтепродуктами.

На чертеже представлен общий вид предлагаемой установки в продольном разрезе.

Установка представляет собой гравитационный, коалесцирующий сепаратор и содержит закрытый вертикальный цилиндрический корпус 1 с коалесцирующей камерой 2. Внутри корпуса установлена перегородка 3, обеспечивающая заданный уровень воды на выходе. Корпус оборудован также патрубком подвода загрязненной воды 4 с краном 5, патрубком отвода очищенной воды 6 и нефтепродукта 7 с соответствующими вентилями 8, 9. В состав корпуса входят также труба аварийного перелива 10, полного слива воды 11 с краном 12, центральная труба подачи воды 13 из коалесцирующей камеры в сменный фильтрующий патрон 14. Нижняя часть коалесцирующей камеры закрыта конусообразной крышкой 15 с патрубком 16 и краном 17 для удаления твердых механических примесей.

В корпусе 1 по его оси вокруг центральной трубы 13 устанавливается внутренний цилиндр в виде сменного патрона 14, оборудованного штуцером 18 для слива нефтепродуктов. В патроне на центральной трубе 13 в верхней ее части установлена наклонная перегородка 19 в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз и выполненного с возможностью изменения угла наклона. В патроне установлены также перфорированные перегородки 20, 21, 22, корпус делят патрон на зоны и организуют поток очищаемой воды.

На центральной подводящей трубе 13 в верхней ее части, выше крепления наклонной перегородки, установлен регулятор 23, задача которого поддерживать заданный уровень воды в патроне, чем обеспечивается заданный перепад уровней Δh на входе и выходе патрона и соответственно производительность установки, не зависящие от колебания давления на входе в установку.

На чертеже обозначены также рабочие камеры работы установки: I - коалесцирующая камера 2, заполненная на 10-40% по объему гранулами полипропилена с положительной плавучестью, II - коалесцирующая камера 24, III - камера контактного очищения нефтепродукта 25, IV - коалесцирующая камера 26, V - камера окончательной очистки 27, II и IV - камеры заполнены на 70-90% по объему гранулами полипропилена с положительной плавучестью и специально покрытым поверхностно-активными веществами, которые способны удерживать на поверхности гранул тонкую пленку нефтепродуктов, что позволяет резко увеличить коалесцирующую способность гранул полипропилена. Состав ПАВ подобран так, что они не смываются с гранул ни водой, ни нефтепродуктами. Например, может быть использована смесь 3 в.ч. глицерина и 2 в.ч. гидроксиоксиацетанилида. Скоалесцированный нефтепродукт накапливается в ячейках пространственной решетки и затем его излишки выдавливаются на поверхность и выводятся из объема, не засоряя загрузку. Камера III предназначена для свободного всплывания скоалесцированных капель нефти и нефтепродуктов на поверхность воды, а камера V заполнена мелкодисперсным коалесцирующим материалом "перлит-М" и в ней происходит окончательная очистка воды от следов нефтепродуктов.

Наклонная перегородка 19 позволяет организовать движение воды в камерах II и IV с переменной скоростью по сечению камер. Угол наклона перегородки 19 может выбираться в широком интервале от 30 до 180 град. для обеспечения заданного закона изменения скорости потока по сечению камер.

Концентрация нефтепродуктов в воде по мере ее продвижения по камерам II-V уменьшается. Уменьшение скорости протекания потока воды позволяет очищать ее от более мелких частиц нефтепродуктов.

Для предотвращения загрязнения гранул полипропилена и вымывания мелких фракций потоком воды при работе установки, "перлит-М" помещен между двумя слоями волокнистого материала 28, который выполняет еще и функцию сорбента.

Перегородки 20 и 22 сделаны съемными для обеспечения загрузки и выгрузки активных материалов после выработки их ресурса.

Установка работает следующим образом.

Перед процессом очистки проводят подготовку установки к работе.

Помещают в установку сменный фильтрующий патрон 14, закрепляют его и устанавливают регулятор 23. Закрывают краны 5, 12, 17, открывают кран 8 и заполняют установку чистой водой до уровня перегородки 20. Подключают установку к сети с очищаемой водой и открывают кран 5. Регулятором 23 устанавливают уровень воды в фильтрующем патроне немного ниже уровня патрубка 18.

Процесс очистки происходит следующим образом.

Очищаемая вода через патрубок 4 поступает в коалесцирующую камеру 1, тангенциально обеспечивая закрутку потока. При этом частицы твердых примесей под действием центробежных сил отбрасываются к наружной стенке и опускаются вниз. В первой камере на поверхности гранул полипропилена в закрученном потоке воды происходит первая фаза укрупнения частиц нефти.

Далее вода поднимается по центральной трубе 13 и через регулятор уровня 23 очищаемая вода поступает в нижнюю часть коалесцирующей камеры 11, объем которой ограничен наклонной перегородкой 19, где на поверхности гранул полипропилена в потоке воды с убывающей по сечению камеры скоростью потока происходит коалесценция все более мелких капель нефтепродуктов. На выходе из камеры 11 направление потока воды меняется на противоположное.

В камере контактного очищения нефтепродуктов III скоалесцированные капли нефти всплывают, пополняя слой нефтепродуктов на поверхности воды.

В коалесцирующей камере IV вода с убывающей по сечению камеры скоростью проходит через слой гранул полипропилена, где происходит коалесценция еще более мелких капель нефти, которые накапливаясь в межпоровых пространствах гранул выдавливаются в верхнюю часть камеры и далее в камеру III и сливаются со слоем нефтепродукта.

Далее поток воды проходит через первый слой волокнистого сорбента 28 и затем через слой гидрофильного мелкодисперсного коалесцирующего материала "перлит-М" 27 и второй слой волокнистого сорбента 28, на которых происходит окончательная очистка воды от нефтепродуктов. В качестве волокнистого сорбента можно использовать нетканые иглопробивные конструкционные материалы или материал типа "синтепон".

Очищенная вода поднимается по зазору между перегородкой 3 и сменным фильтрующим патроном 14, переливается через перегородку и через патрубок 6 и кран 8 удаляется из установки.

При работе установки в рабочем режиме достигается высокая степень очистки воды от нефтепродуктов (не более 0,05 мг/л) и большая продолжительность непрерывной работы (около 6 месяцев), что достигается продолжительностью непрерывной работы (около 6 месяцев), что достигается также за счет самоочистки гранул полипропилена в камерах II и IV от нефтепродуктов. В камере V происходит доочистка воды от следов нефтепродуктов и адсорбирующей способности загрузки этой камеры достаточной на этот срок.

Производительность установки составляет около 1,5 м.куб./час при минимальных габаритных размерах и давлении на входе - до 3 атм. Движение очищаемой воды в камерах II и III происходит в ламинарном режиме со скоростью 10-12 м/час. Установка может работать в режиме непрерывного потока.

По окончании срока службы фильтрующий патрон заменяется другим. Для этого, не прекращая подачи очищаемой воды в установку, прикрывают кран 8, что приводит к повышению уровня воды в зазоре между корпусом 1 и перегородкой 3 и, как следствие, повышению уровня воды и плавающих нефтепродуктов в камере III. Нефтепродукты сливают через кран 9. Далее прекращают подачу очищаемой воды в установку, закрыв кран 5, и сливают из установки всю воду, открыв краны 8 и 12. Снимают регулятор 23 и заменяют фильтрующий патрон 14 на другой. Установка готова к дальнейшей работе.

Замена фильтрующих элементов может осуществляться не чаще двух раз в год.

Предложенная установка компактна, проста и недорога в изготовлении и обслуживании, не потребляет электроэнергию, обладает высокой эффективностью и производительностью, не допускает снижения качества воды при резком повышении концентрации нефтепродуктов на входе установки и при повышении давления воды, а также обеспечивает эффективно выделять из сточных вод одновременно плавающие, эмульгированные, коллоидные и растворенные нефть и нефтепродукты, доводя их содержание в очищенной воде до уровня предельно-допустимых концентраций, что позволяет сливать очищенную воду в водоемы рыбохозяйственного значения. Такая установка, представляющая собой мощный сепаратор нового поколения, может обеспечить сокращение комплекса очистных сооружений, использующихся в настоящее время. При необходимости можно для повышения эффективности и производительности применить несколько сепараторов.

Формула изобретения

1. Установка для очистки воды от нефтепродуктов и механических примесей, включающая закрытый вертикальный цилиндрический корпус с патрубком для отвода нефтепродуктов, установленным в верхней его части и расположенным выше отвода очищенной воды, патрубок ввода загрязненной воды в нижней части корпуса по центральной трубе, патрубок отвода очищенной воды, а также расположенный по оси корпуса вокруг центральной трубы внутренний цилиндр, заполненный слоями фильтрующе коалесцирующего материала, в том числе и волокнистым, и имеющий снизу поддерживающую перфорированную перегородку, отличающаяся тем, что она снабжена, установленной под корпусом, коалесцирующей камерой в виде цилиндра с конусообразной крышкой, при этом нижняя часть центральной трубы размещена коаксиально в верхней, цилиндрической части камеры, в которой расположен также патрубок для тангенциального ввода загрязненной воды, а в крышке - патрубок для отвода механических примесей, причем камера заполнена гранулами полипропилена с положительной плавучестью, между внутренним цилиндром и корпусом установлена коаксиально перегородка, задающая скорость потока воды, внутренний цилиндр выполнен в виде сменного патрона, оборудованного штуцером для слива нефтепродуктов и содержащего слои фильтрующе коалесцирующего материала, расположенные сверху вниз в следующей последовательности: гранулы полипропилена с положительной плавучестью и покрытые поверхностно-активными веществами, волокнистый сорбент, мелкодисперсный коалесцирующий материал и еще один слой волокнистого сорбента, кроме того, в патроне расположены две перфорированные перегородки, ограничивающие верхний слой полипропилена, и дополнительно в верхней части патрона, над решеткой, к центральной трубе прикреплена наклонная перегородка в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз, а в верхней части центральной трубы, выше крепления наклонной перегородки установлен регулятор поддержания заданного уровня воды в патроне.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что коалесцирующая камера на 1 - 40% по объему заполнена гранулами полипропилена с положительной плавучестью.

3. Установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что верхняя часть патрона заполнена на 70 - 90% по объему гранулами полипропилена с положительной плавучестью.

4. Установка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что в качестве мелкодисперсного коалесцирующего материала используют "перлит-М".

5. Установка по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что верхняя перфорированная перегородка и поддерживающая перфорированная перегородка выполнены съемными.

6. Установка по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что наклонная перегородка выполнена с возможностью изменения угла наклона.

7. Установка по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что в качестве поверхностно-активных веществ используют вещества, не смываемые с поверхности гранул полипропилена ни водой, ни нефтепродуктами.

РИСУНКИ

Рисунок 1