Устройство для очистки воды от нефти и нефтепродуктов

 

Изобретение относится к области защиты окружающей среды и предназначено для очистки поверхности открытых водоемов и водотоков от загрязнений нефтью и нефтепродуктами. Устройство содержит способную плавать в воде собирающую емкость, имеющую в нижней части выпускное отверстие с крыльчаткой, и переливной порог, способный перемещаться в вертикальном направлении. В собирающей емкости свободно размещена разделительная перегородка с отверстием в центре, средняя плотность которой имеет промежуточное значение между плотностями нефти и воды. Боковые стенки собирающей емкости имеют проемы. Переливной порог выполнен в виде шторок, прикрывающих проемы и связанных с помощью кронштейнов с поплавком, расположенным в собирающей емкости, на внутренней стороне боковых стенок которой под проемами расположены полки. Ширина полок превосходит зазоры между боковыми стенками собирающей емкости и разделительной перегородкой, которая имеет уклон ее поверхности к центру перегородки под углом 4-10^o. Поплавок имеет в центре сквозной патрубок и тарельчатый отражатель, расположенные на одной оси. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции нефтесборного устройства, повышение надежности и качества его работы при очистке поверхности воды от нефти и нефтепродуктов. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области защиты окружающей среды, а именно к техническим средствам, используемым при очистке поверхности открытых водоемов и водотоков от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, а также другими жидкостями, плавающими на поверхности воды.

Известно устройство для сбора нефти с поверхности воды, включающее частично погруженный в воду полый цилиндрический корпус с нефтеприемным отверстием и примыкающим к нему тангенциальным входным каналом, патрубок отвода собранной нефти в нефтесборную емкость, перегородку с отверстием, установленную во внутренней полости корпуса с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения, причем к перегородке в верхней части жестко прикреплена заслонка, а в нижней части - поплавок, при этом крышка корпуса выполнена в виде расширяющегося сопла с внутренними и внешними криволинейными канавками, меньшим сечением жестко соединенного с перфорированной трубой, размещенной коаксиально с отверстием в вершине перегородки, внутри перфорированной трубы расположен вал-шнек с винтом, соединенный с приводом, причем в перфорированной трубе между перегородкой и крышкой выполнены нефтеприемные окна, а между перфорированной трубой и перегородкой расположены направляющие (RU 2122067 С1, 20.11.1998).

Недостатки этого известного устройства заключаются в сложности его конструкции и низкой эффективности сбора нефти с поверхности воды.

Известно устройство для очистки воды от нефти и нефтепродуктов, содержащее способную плавать в воде собирающую емкость, имеющую в нижней части выпускное отверстие с крыльчаткой, и переливной порог, способный перемещаться в вертикальном направлении (RU 2151841 С1, 27.06.2000).

Недостатком названного устройства является необходимость использования уплотнений между движущимися относительно друг друга частями устройства, что делает устройство малонадежным при практическом использовании. Уход же от скользящих уплотнений за счет использования сильфонных емкостей (цилиндрических гармошек) усложняет конструкцию устройства. Кроме того, при работе устройства нефть и нефтепродукты, особенно те из них, которые имеют плотность, близкую к плотности воды, затекая в собирающую емкость, легко увлекаются турбулентными потоками удаляемой воды и уносятся из устройства, возвращаясь в очищаемую воду и снижая, тем самым, качество работы по очистке воды от нефти и нефтепродуктов.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства для очистки воды от нефти и нефтепродуктов, а также повышение его надежности и качества работы при очистке водной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для очистки воды от нефти и нефтепродуктов, содержащем способную плавать в воде собирающую емкость, имеющую в нижней части выпускное отверстие с крыльчаткой, и переливной порог, способный перемещаться в вертикальном направлении, согласно изобретению в собирающей емкости свободно размещена разделительная перегородка с отверстием в центре, масса и объем которой определены соотношением ρ_н<M/V<ρ_в, где М - масса разделительной перегородки, кг; V - объем разделительной перегородки, м³; ρ_в - плотность воды, кг/м³; ρ_н - плотность нефти, кг/м³, боковые стенки собирающей емкости имеют проемы, а переливной порог выполнен в виде шторок, прикрывающих проемы и связанных с помощью кронштейнов с поплавком, расположенным в собирающей емкости, причем на внутренней стороне боковых стенок последней выполнены полки, которые расположены под проемами, при этом ширина полок превосходит зазоры между боковыми стенками собирающей емкости и разделительной перегородкой.

Разделительная перегородка имеет уклон ее поверхности к центру перегородки.

При этом угол наклона поверхности разделительной перегородки к ее центру находится в диапазоне 4-10^o.

Кроме того, поплавок имеет в центре сквозной патрубок и тарельчатый отражатель, расположенные на одной оси.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано погруженное в воду устройство для очистки воды от нефти и нефтепродуктов, в неработающем состоянии; на фиг.2 - то же, в действии.

Устройство для очистки воды от нефти и нефтепродуктов содержит способную плавать в воде собирающую емкость 1, имеющую в нижней части выпускное отверстие 2 с крыльчаткой 3, и переливной порог, способный перемещаться в вертикальном направлении. В собирающей емкости 1 свободно размещена разделительная перегородка 4 с отверстием в центре, масса и объем которой определены соотношением ρ_н<M/V<ρ_в, где М - масса разделительной перегородки, кг; V - объем разделительной перегородки, м³; ρ_в - плотность воды, кг/м³; ρ_н - плотность нефти, кг/м³. Боковые стенки собирающей емкости 1 имеют проемы 5, а переливной порог выполнен в виде шторок 6, прикрывающих проемы 5 и связанных с помощью кронштейнов 7 с поплавком 8, расположенным в собирающей емкости 1. Поплавок 8 имеет в центре сквозной патрубок 9 и тарельчатый отражатель 10, расположенные на одной оси.

На внутренней стороне боковых стенок собирающей емкости 1 выполнены полки 11, которые расположены под проемами 5, при этом ширина полок 11 превосходит зазоры между боковыми стенками собирающей емкости 1 и разделительной перегородкой 4.

Разделительная перегородка 4 имеет уклон ее поверхности к центру перегородки 4, причем угол наклона поверхности разделительной перегородки 4 к ее центру находится в диапазоне 4-10^o.

Устройство для очистки воды от нефти и нефтепродуктов работает следующим образом.

При погружении устройства в водоем (фиг.1) емкость 1 заполняется водой, проникающей туда через отверстие 2, причем уровни воды снаружи устройства и внутри него после завершения погружения выравниваются. Поплавок 8 в этом случае занимает верхнее положение, удерживая при помощи кронштейнов 7 шторки 6 в верхнем положении. В этом положении верхние кромки шторок 6 находятся выше установившихся уровней воды, закрывая проемы 5 и, тем самым, препятствуя перетеканию воды из емкости 1 наружу и наоборот. Разделительная перегородка 4 также в этом случае занимает свое верхнее положение, оставаясь под полками 11. При включении в работу крыльчатки 3 (см. фиг.2) начинается удаление через отверстие 2 воды, находящейся в собирающей емкости 1, что приводит к понижению уровня воды в ней. Поплавок 8 по мере снижения уровня воды в емкости 1 опускается, увлекая вниз шторки 6, которые, в свою очередь, при движении вниз открывают верхнюю часть проемов 5 боковых стенок. В эти проемы, благодаря образовавшемуся перепаду уровней воды в емкости 1 и вне ее, устремляются поверхностные слои воды, содержащие нефть и нефтепродукты. Опускание поплавка 8 и соответствующее опускание шторок 6 происходит до тех пор пока не наступит динамическое равновесие между количеством поступающей жидкости в емкость 1 через приоткрытые проемы 5 и количеством удаляемой из емкости 1 через отверстие 2 воды. Потоки нефти и нефтепродуктов, попадающие в емкость 1 и имеющие вертикальную составляющую скорости, благодаря полкам 11 отклоняются от вертикального движения и попадают в пространство, ограниченное снизу разделительной перегородкой 4. Вода, попавшая в это пространство, благодаря наличию уклонов в перегородке 4 стекает к центру разделительной перегородки 4 и через ее центральное отверстие переходит в нижнюю часть емкости 1. Разделительная перегородка 4, благодаря тому, что ее средняя плотность занимает промежуточное значение между плотностями нефти и воды, занимает в емкости 1 промежуточное положение между слоем нефти и слоем воды, разделяя их и препятствуя возникновению турбулентных потоков в емкости 1, перемешивающих нефть и воду. Откачка нефти происходит через патрубок 9 с помощью постороннего насосного оборудования. Тарельчатый отражатель 10 при этом позволяет попадать в патрубок 9 только верхним слоям нефти, не содержащим воду.

Пример. В изготовленном экспериментальном образце предлагаемого устройства для наблюдения за поведением потоков воды и загрязнений, попадающих в емкость 1, боковые стенки последней были выполнены из прозрачного материала (оргстекла). В качестве веществ, моделирующих загрязнения, использовалась нефть (ρ = 845 кг/м³) и масло подсолнечное (ρ = 924 кг/м³). На поверхности воды создавалась пленка из загрязнений толщиной 25 мм. Крыльчатка 3 обеспечивала выброс воды из собирающей емкости 1 с производительностью 15 л/с. Эксперименты по определению величины уклонов на поверхности разделительной перегородки 4 показали, что при углах менее ^o движение воды под уклон ламинарное замедленное, в силу чего ее слой на перегородке 4 со временем возрастает; при углах более 10^o поток воды, движущейся по склону поверхности разделительной перегородки, переходит из ламинарного в турбулентный, препятствуя процессу разделения фракций. В диапазоне же 4-10^o описанные недостатки отсутствуют. Эксперименты, проведенные без разделительной перегородки 4 и полок 11 показали, что в случае с нефтью 9% от поступающего количества нефти уносится через отверстие 2 обратно в очищаемую воду, а в случае с подсолнечным маслом этот показатель возрос до 15%, что можно было наблюдать и непосредственно через прозрачные боковые стенки. Эксперименты, проведенные с тарельчатым отражателем 10 и без него, показали, что без тарельчатого отражателя 10 увеличивается содержание воды в откачиваемых через патрубок 9 загрязнениях, в случае с нефтью содержание воды увеличилось соответственно с 2 до 4%, а в случае подсолнечного масла с 2 до 6%, что указывает на то, что использование тарельчатого отражателя 10 положительно сказывается на процессе отделения воды от откачиваемой нефти.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет добиться упрощения конструкции нефтесборного устройства, повышения надежности и качества его работы при очистке поверхности воды от нефти и нефтепродуктов.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки воды от нефти и нефтепродуктов, содержащее способную плавать в воде собирающую емкость, имеющую в нижней части выпускное отверстие с крыльчаткой, и переливной порог, способный перемещаться в вертикальном направлении, отличающееся тем, что в собирающей емкости свободно размещена разделительная перегородка с отверстием в центре, масса и объем которой определены соотношением ρ_н< M/V < ρ_в, где М - масса разделительной перегородки, кг; V - объем разделительной перегородки, м³; ρ_в- плотность воды, кг/м³; ρ_н- плотность нефти, кг/м³, боковые стенки собирающей емкости имеют проемы, а переливной порог выполнен в виде шторок, прикрывающих проемы и связанных с помощью кронштейнов с поплавком, расположенным в собирающей емкости, причем на внутренней стороне боковых стенок последней выполнены полки, которые расположены под проемами, при этом ширина полок превосходит зазоры между боковыми стенками собирающей емкости и разделительной перегородкой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разделительная перегородка имеет уклон ее поверхности к центру перегородки.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что угол уклона поверхности разделительной перегородки к ее центру находится в диапазоне 4-10^o.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что поплавок имеет в центре сквозной патрубок и тарельчатый отражатель, расположенные на одной оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2