Способ очистки материала основы дорожного покрытия от нефти и нефтепродуктов и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к очистке песка, грунта, гравия и щебня от нефтяных загрязнений, и может быть использовано во всех областях промышленности, в которых используются, транспортируются или хранятся нефть и нефтепродукты, а также для очистки песчаных пляжей. Очистку материала основы дорожного покрытия осуществляют путем засасывания его воздухом и загрузки в промывочную емкость. Перед сбором загрязненного твердого материала осуществляют его предварительную очистку от мусора, обладающего парусностью, с последующей его переработкой. Моющий раствор на отмывку подают снизу вверх под давлением, с одновременной подачей сжатого воздуха, причем часть сжатого воздуха подают в верхнюю часть промывочной емкости вдоль поверхности жидкости. Нефтесодержащую эмульсию перед очисткой фильтруют, отделяя твердые частицы. Очистку и фазовое разделение образующих стоков (нефтесодержащей эмульсии и моющего раствора) осуществляют в многосекционной установке. Шлам после удаления из установки очистки подвергают дополнительному разделению путем отстаивания или фильтрации, с последующим направлением жидкой фазы на повторную очистку в установку. Устройство для реализации предлагаемого способа выполнено на базе универсальной промывочной станции (УМПС), в которую также внесены соответствующие изменения и дополнения. Технический результат заключается в создании экологически чистой и безотходной технологии очистки и создании компактного устройства за счет применения более эффективного оборудования. Использование изобретения позволяет также снизить энергопотребление и сэкономить моющие средства. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к очистке песка, грунта, гравия и щебня от нефтяных загрязнений, и может быть использовано во всех областях промышленности, в которых используются, транспортируются или хранятся нефть и нефтепродукты, а также для очистки песчаных пляжей.

Практически все вышеперечисленные материалы: песок, гравий, щебень и грунт, являются основой дорожного покрытия территорий предприятий, автодорог, железнодорожного полотна и насыпей. Указанные материалы загрязняются при транспортировке, хранении нефти и нефтепродуктов, а также при аварийных ситуациях - разливах нефти и нефтепродуктов в местах их добычи, переработке или при их транспортировке.

Очистка материала основы дорожного покрытия (далее МОДП) является актуальной задачей как с точки зрения экологии, так и с целью использования ценного сырья, каким являются нефть и нефтепродукты.

Решение этой задачи довольно трудоемко, т.к. с течением времени загрязнения превращаются в плотную битумоподобную массу.

Для ликвидации нефтепродуктовых загрязнений в настоящее время широко используются такие методы, как испарение загрязнителя в почве, биологическая очистка, складирование почвы (грунта) с последующей самоочисткой, экскавация загрязненного грунта с последующим захоронением или термической обработкой. Из всех технологий ликвидации последствий нефтепродуктового загрязнения почв нефтепродуктами наиболее щадящей к окружающей среде является биоочистка на месте загрязнения. Ее преимуществом является относительная простота технологической реализации установки и эксплуатации, а также относительно невысокие финансовые затраты. Она широко используется во многих странах, успешно применяется при очистке почв от бензина, дизельного топлива и других нефтепродуктов.

В настоящее время в процессе биоочистки используются преимущественно аэробные бактерии. Исследования показали их способность активно разлагать углеводороды, определены требования к условиям, наиболее благоприятствующим их росту. Их метаболизм подробно изучен и показано, что продукты переработки микроорганизмами нефтепродуктов не опасны для человека и окружающей среды.

Однако этот метод очистки нашел широкое применение в сельском хозяйстве и в местах захоронения загрязненных грунтов, песков и т.п., т.к. время очистки биологическим способом составляет от трех месяцев до нескольких лет.

В практике же наибольший интерес представляют быстрые методы очистки, желательно осуществление их в местах образования таких загрязнений.

Известен способ биологической очистки грунта от нефтяных загрязнений (Патент РФ 2104248, опубл. 10.02.98). Способ предусматривает нанесение препарата углеводородокисляющих микроорганизмов на нефтесубстрат загрязненного участка. Перед нанесением микроорганизмы препарата культивируют в среде, содержащей нефтесубстрат загрязненного участка. Причем нефтесубстрат берут в таком количестве, которое обеспечивает симбиотический рост углеводородокисляющих микроорганизмов препарата и нефтесубстрата.

Методы биологической очистки требуют регулярного внесения в загрязненный материал ограниченного количества биомассы или бактерий, способных разлагать нефтепродукт и вырабатывающих вещества, способствующие его быстрому смыванию (биогенных ПАВ); веществ, необходимых для их роста, а также другие мероприятия для создания для них наиболее благоприятных условий. Это связано с дополнительными затратами на питательную среду, добавки, необходимые для выращивания биомассы. Кроме того, эти методы эффективны при очистке относительно свежих загрязнений.

Известна технология очистки, совмещающая биологический метод с электрохимическим. Так, в патенте РФ 2122905, опубл. 12.10.98, кроме введения в зону очистки раствора нефтеокисляющих микроорганизмов, еще вводят электроды - анод и катод, затем воду. Пропускают между электродами постоянный электрический ток для создания электроосмотического движения жидкости в зоне очистки. Удаляют жидкость с загрязнениями, собирающимися у катода. Контролируют концентрацию в зоне очистки веществ, угнетающих жизнедеятельность нефтеокисляющих микроорганизмов. При снижении их концентрации до значений, безопасных для жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, вводят содержащий их раствор в зону очистки.

Этот способ позволяет очистить капиллярно-пористую среду от нефтепродуктов, при наличии в ней веществ, угнетающих жизнедеятельность организмов, и несколько сокращает время очистки.

С этой же целью и обеспечения полноты переработки нефти (нефтепродуктов) штаммом микроорганизмов вымываний нефти из грунта осуществляется водой с добавлением поверхностно-активного вещества (ПАВ) с одновременным вибрированием грунта глубинными вибраторами. Закачка вымывающего раствора происходит через скважины, установленные в шахматном порядке с чередованием нагнетательных и продувочных скважин (заявка 94035710, Публ. 27.05.1997 г.).

Однако указанные изобретения не могут исключить основные недостатки, присущие микробиологической очистке.

Известна технология, которая может быть применена для очистки загрязненного грунта на нефтепромыслах, нефтепроводах, пляжах, промышленных предприятиях, а также на местонахождениях нефтеносных песков (Соколова Ж.Е. "Экологически чистый способ очистки песка и грунта от нефти и нефтепродуктов", сборник информационных листков о научно-технических достижениях. ВИМИ. 1994г.).

Сущность технологии состоит в использовании процесса интенсивной экстракции с помощью различных экстрагентов (нефти, углеводородов, растворов ПАВ) в специальном экстракторе для извлечения загрязнений с последующим разделением пульпы на чистый песок (грунт) и извлеченную нефть (нефтепродукты).

Используемый в технологии способ виброгравитационной экстракции обеспечивает высокую степень очистки грунта (остаточная концентрация загрязнений не более 0,2 мас. %) при высокой производительности процесса и компактности оборудования.

Однако с очисткой МОДП от тяжелых, вязких нефтепродуктов, когда загрязнения представляют единую, практически однородную, вязкую массу, обычные экстракционные методы не справляются, поэтому приходится усложнять процесс очистки, например, в патенте РФ 2124954, публ. 20.01.99 для обработки застарелых загрязнений добавляют экстрагент - разбавитель (керосин) в сочетании с кавитационным воздействием.

Это усложняет очистку жидких стоков и требует дополнительных затрат на их очистку и регенерацию разбавителя.

В патенте РФ 2173223, публ. 10.09.2001 г. приведена технология очистки материалов (почва, грунт, песок, нефтешламы и т.д.) от нефтепродуктов. Очищаемый материал подают в реакционную зону узла обработки, нагревают в среде водяного пара при массовом соотношении "водяной пар - нефтепродукты" не менее чем 1:15 до 250-600^oС. Образующуюся газовую пароуглеводородную смесь охлаждают в холодильнике - конденсаторе до температуры, превышающей температуру конденсации паров воды, при этом большую часть сконденсированных нефтепродуктов собирают в сборной емкости, определенную часть неконденсируемой пароуглеводородной смеси возвращают в реакционную зону узла паровой обработки, а оставшуюся часть направляют в печь, в которую подают также из сборной емкости нефтепродукты. Газы сжигания из печи направляют в зону нагрева узла паровой обработки.

Преимущество способа - высокая степень очистки, но это скорее не очистка, а утилизация нефтепродуктов путем сжигания их в печи. По сути - это автотермический способ утилизации без использования моющих средств.

Однако экономичность этого способа вызывает сомнение, такую утилизацию нефтепродуктов не по прямому их назначению, т.е. сжигание ценного сырья, трудно понять. Более того, при таком способе требуется контроль газовой фазы на содержание токсичных компонентов и технология требует значительных затрат теплоресурсов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу очистки материала основы дорожного покрытия (МОДП) является способ очистки песка от нефти и нефтепродуктов по патенту РФ 2049871, БИ 34, 1995 г., который можно использовать не только при очистке песка прибрежной зоны, но также другого материала загрязненного нефтью (грунта, дорожного материала и т.п.) при авариях транспортных и нефтедобывающих средств.

Сущность способа заключается в следующей совокупности операций: - забор песка и его обработка водным раствором с использованием воды из водоема путем промывки песка сначала подогретой до 20-100^oС водой из водоема с последующим отделением нефти путем отслаивания; - обработка песка противотоком водным раствором с добавлением такого количества поверхностно-активного вещества (ПАВ), при котором происходит отделение нефти с поверхности твердых частиц с образованием водно-нефтяной эмульсии; - разделение твердой фазы и водно-нефтяной эмульсии; - разрушение последней посредством обработки деэмульгатором до образования раздельных слоев нефти и воды, содержащих деэмульгатор и ПАВ; - разделение этих слоев, с выделением из них деэмульгатора путем его отгонки с возвращением его на операцию разрушения водно-нефтяной эмульсии, образовавшейся при дальнейшей обработке загрязненного материала; - водный раствор, содержащий ПАВ, направляют на дополнительную промывку песка, корректирование в нем содержания ПАВ и использование для очистки новой партии загрязненного материала, а также его ополаскивание для удаления ПАВ водой из водоема, которую затем направляют на операцию очистки для восполнения потерь воды.

Очищенный песок выгружают в месте его сбора.

Таким образом, водный раствор, содержащий ПАВ и деэмульгатор, циркулирует в замкнутом контуре достаточно долго без сбросов в окружающую среду.

Однако в этом способе имеются и отходы - часть воды сбрасывается в водоем, которую невозможно полностью очистить от ПАВ, а это ведет к зарастанию водоемов.

Кроме того, по изобретению отмытая нефть содержит мелкую фракцию песка и других мелких частиц. Технология включает значительное число операций, что увеличивает время очистки и требует большое количество чистой воды из водоема.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка технологии, устраняющей недостатки, присущие прототипу, т.е. позволяющей повысить эффективность очистки нефтепродуктов от твердых примесей, сократить потребление чистой воды, исключить применение деэмульгаторов и значительно сократить время очистки МОДП за счет применения более эффективного оборудования.

Технический результат достигается за счет того, что в известный способ, включающий сбор загрязненного материала, загрузку его в емкость для промывки, промывку водным моющим раствором, содержащим поверхностно-активные вещества (ПАВ), удаление нефтесодержащей эмульсии и загрязненного моющего раствора, последующую их очистку путем разделения фаз, отделение выделенных нефтепродуктов и очищенного моющего раствора с повторным его использованием для промывки материала, удаление нефтепродуктов и шлама, выгрузку очищенного материала и использование его по назначению, внесены изменения.

Отличительными признаками предлагаемого способа очистки материала основы дорожного покрытия (МОДП) являются следующие: - перед сбором загрязненного твердого материала осуществляют его предварительную очистку от мусора, обладающего парусностью, с последующей его переработкой; - моющий раствор на отмывку подают снизу вверх под давлением, с одновременной подачей сжатого воздуха, причем часть сжатого воздуха подают в верхнюю часть промывочной емкости вдоль поверхности жидкости; - нефтесодержащую эмульсию перед очисткой фильтруют, отделяя твердые частицы;
- очистку и фазовое разделение образующихся стоков (нефтесодержащей эмульсии и моющего раствора) осуществляют в многосекционной установке;
- шлам после удаления из установки очистки подвергают дополнительному разделению путем отстаивания или фильтрации с последующим направлением жидкой фазы на повторную очистку в установку.

Кроме того:
- в качестве моющего раствора применяют 2-4%-ный раствор технического моющего средства, содержащего неионогенное ПАВ и активную составляющую, с температурой 40-55^oС, причем в качестве активной составляющей используют кальцинированную соду или состав с частичной заменой ее на натриевые соли фосфорной кислоты;
- загрязненный моющий раствор перед очисткой пропускают через дополнительный фильтр, удаляя из него твердые частицы;
- концентрацию моющего раствора поддерживают в заданных пределах путем периодической добавки в очищенный моющий раствор чистой воды и сухого моющего средства;
- предварительную очистку загрязненного материала от мусора и последующий сбор материала для промывки осуществляют одним и тем же аппаратом путем изменения силы тяги (всасывания);
- удаление очищенных нефтепродуктов из зоны сепарации установки очистки осуществляют нефтежироловителем, а перед последующей транспортировкой нефтепродукты нагревают для снижения их вязкости.

Предварительная очистка загрязненного МОДП от мусора, обладающего повышенной парусностью (бумага, листья, пух и т.п.), вызвана тем, чтобы снизить расход моющего раствора на отмывку целевого материала, который в дальнейшем идет на повторное использование. Кроме того, такое решение увеличивает объем загрузки целевого материала в промывочную емкость и уменьшает количество образующегося шлама. Собранный мусор прессуют и отправляют на сжигание.

Подача моющего раствора в промывочную емкость под давлением снизу вверх способствует качеству очистки МОДП за счет перемешивания загрязненного материала, особенно при очистке щебня, гравия, не давая им возможности осесть на дно. Барботаж моющего раствора путем подачи в промывочную емкость сжатого воздуха способствует качеству отмывки, а при промывке грунта и песка отмывка практически происходит в псевдожижженном слое. Давление подаваемого моющего раствора подбирают конкретно для каждого вида загрязненного МОДП (песка, гравия, грунта, почвы, щебня).

Подача части сжатого воздуха в верхнюю часть промывочной емкости (в зону верхнего уровня жидкости) вызвана тем, что на поверхности нефтесодержащей эмульсии образуется сплошная пленка, которую необходимо удалить, что и осуществляется путем удаления ее сжатым воздухом. Кроме того, эта пленка может дополнительно загрязнять загружаемый в промывочную емкость МОДП.

Нефтесодержащую эмульсию перед очисткой подвергают предварительной фильтрации для отделения твердых частиц, что способствует качеству последующей очистки.

Окончательная очистка и фазовое разделение двух отдельных потоков (нефтесодержащей эмульсии и загрязненного моющего раствора) в одной многосекционной установке позволяет совместить потоки, уменьшив количество оборудования, предназначенного для этих целей, и способствует более полному отделению нефтепродуктов, которые содержат оба потока.

Дополнительное фазовое разделение удаляемого из установки шлама путем его отстоя или фильтрации также способствует полноте выделения нефтепродуктов и степени очистки моющего раствора.

Использование в качестве моющего раствора 2-4%-ного раствора ТМС, в состав которого входит неионогенное ПАВ и кальцинированная сода или состав с частичной заменой соды на натриевые соли фосфорной кислоты, позволяет исключить применения специального деэмульгатора и, соответственно, стадии, связанные с его отделением. Конкретный состав применяемого моющего средства зависит от вида загрязнения и срока его образования.

Техническое моющее средство (ТМС), включающее различное сочетание указанных компонентов, известно под торговой маркой "ОБИС" или "ОБИС-М" и нашло широкое применение при отмывке различных деталей, цистерн, хранилищ и т.п. от углеводородных загрязнений.

Диапазон концентрации моющего раствора в пределах 2-4% объясняется видом загрязняющего МОДП нефтепродукта. Учитывая, что эти загрязнения накапливаются в течение длительного периода и обладают различными свойствами, при применении концентрации менее 2% возможна опасность некачественной очистки МОДП от загрязнений, а концентрация более 4% существенно удорожает процесс очистки без видимого улучшения ее качества.

Практика использования указанного ТМС с температурой 40-55^oС подтвердила правильность выбора указанного диапазона для очистки от любых нефтепродуктов.

Использование дополнительной фильтрации загрязненного моющего раствора перед поступлением его в установку очистки позволяет отделить его от твердых включений. Особенно важно это при очистке песка и грунта.

Необходимость нагрева собранного при очистке нефтепродукта перед транспортировкой его из установки очистки способствует уменьшению вязкости и снижает требования к перекачивающим насосам.

Предварительная очистка МОДП от нефти и нефтепродукта от мусора и последующий сбор загрязненного МОДП одним аппаратом за счет регулирования силы всасывания способствует компактности аппаратурного оформления процесса.

В связи с тем, что при многократной циркуляции моющего раствора концентрация его несколько снижается и/или количество его уменьшается, как правило, через определенное количество циклов производят корректировку моющего раствора путем добавления определенных количеств свежей воды и сухого ТМС. Кроме того, иногда возникает необходимость изменения компонентного состава моющего раствора. Это позволяет все время поддерживать достаточно высокую эффективность очистки и выхода нефтепродуктов.

При разработке устройства, реализующего предлагаемый способ очистки МОДП от нефти и нефтепродуктов, были использованы сведения об известных устройствах аналогичного назначения, как в целом, так и частично решающих только отдельные стадии процесса очистки.

Известна установка для непрерывной очистки щебня железнодорожного пути (Патент РФ 2053326, публ. 27.01.1996 г.), содержащая раму, опирающуюся на ходовые тележки. На раме смонтированы устройство для вырезки щебня, грохот для его очистки, накопитель чистого щебня с отверстием для загрузки его чистым щебнем и разгрузочным органом для сброса его на путь или земляную поверхность и устройство для транспортирования чистого щебня от грохота к накопителю.

В указанной установке практически происходит отделение щебня от более мелких частиц, например песка, грунта, мусора, но очистка как таковая отсутствует.

В заявке 95100791, публ. 27.07.1996 г. описан несколько видоизмененный вариант подобного устройства, но узел сбора щебня выполнен в виде всасывающей трубы с отверстием для приема щебня, которая может перемещаться по вертикали и горизонтали с помощью приводов.

В этом устройстве отсутствуют возможности очистки МОДП от нефти или нефтепродуктов.

Известно устройство для очистки песчаного грунта от нефтепродуктов (патент РФ 2027825, публ. 27.01.1995 г.). Устройство включает бункер, расположенный в первой емкости, и вторую емкость, которые заполнены горячей водой с температурой 70-90^oС. В бункере имеется мешалка. В бункер загружают загрязненный грунт или песок и промывают горячими струями воды с одновременным перемешиванием. Устройство снабжено емкостью для разделения раствора и нефтепродуктов. Нефтепродукты собираются в сборнике, а раствор поступает на повторную промывку. Песок, грунт, осевшие на дне, выгружают и направляют на первоначальное место, откуда они были взяты.

Недостатком известного устройства является наличие гравитационного отстойника, т.к. время разделения нефтесодержащего раствора достаточно длительно. В этом устройстве можно очищать только свежезагрязненный грунт маловязкими нефтепродуктами.

Известно устройство для очистки почвы и грунта, загрязненного нефтепродуктами (патент РФ 2108179, публ. 10.04.1998 г.). Устройство выполнено в едином корпусе, состоящем из двух сопряженных частей. В корпусе размещены сепаратор для отделения крупной фракции в виде наклонной спиралевидной сетки, классификатор для фракционирования загрязненного материла в виде колонны, промыватель с чистой водой и улавливатель частиц фракции для промывки, расположенный между средствами загрузки и промывателем. Устройство снабжено пульсопроводом с пульскамерами, прикрепленными к промывателю и нижней части корпуса, обеспечивающими гидродинамический режим перемешивания грунта, а также дозаторами загрязненного грунта и оборотной воды. В устройстве имеются емкости для сбора крупной фракции и распульповывания грунта. Мелкую фракцию после очистки выгружают через приспособление, а промежуточную фракцию выводят из нижней части корпуса и направляют на повторную обработку водой.

К недостаткам этого устройства следует отнести невозможность очистки гравия, щебня от нефтепродуктов, т.к. они будут отделены на сетке сепаратора еще до стадии промывки. В устройстве отсутствуют узел разделения нефтесодержащей воды, которая должна была образовываться после промывки загрязненного песка и грунта, а также сбора очищенных нефтепродуктов и воды с последующим их использованием. На основании этого можно сделать вывод, что устройство не сможет обеспечить безотходную технологию и является экологически не чистым.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому решению является мобильная установка для очистки грунта от нефтепродуктов, выполненная на базе универсальной мобильной промывочной станции (УМПС), защищенной свидетельством на полезную модель 13333, публ. 10.04.2000 г.

Установка размещается на шасси автомобиля, а на раме смонтировано устройство для сбора загрязненного материала, аналогичная той, что описана в заявке 95100791, т.е. вентилятор с приводом и снабженный всасывающей трубой или шлангом. Загрязненный материал загружается в промывочную емкость, в которую под давлением подают моющий раствор с температурой 50-65^oС. Емкость снабжена патрубками для ввода моющего раствора и вывода нефтесодержащей эмульсии, также нижним люком для вывода твердой фазы. Нефтесодержащие стоки очищаются путем отстоя или сепарирования на легкую (нефть) и тяжелую фазу (очищенный раствор) в резервуаре, снабженном патрубками для отвода очищенного моющего раствора, нефтепродуктов и шлама. Очищенный раствор с помощью нагнетательного насоса возвращают в цикл промывки загрязненного материала, а очищенную нефть декантируют и транспортируют в сборник или хранилище для дальнейшего использования. Шлам выгружают из нижних патрубков. Установка снабжена насосами, трубопроводами, вентилями и другой необходимой арматурой.

С целью реализации предлагаемого способа очистки МОДП от нефти и нефтепродуктов в известное устройство, содержащее транспортное средство со смонтированными на нем узлом сбора загрязненного материала, выполненным с возможностью перемещения по вертикали и горизонтали и имеющим отверстие для всасывания воздуха, емкость для загрузки и мойки загрязненного МОДП, снабженную патрубками для подачи моющего раствора, патрубками для вывода загрязненного раствора и приспособлением для выгрузки твердого очищенного материала, резервуар для очистки и разделения нефтесодержащих стоков, снабженный соответственно патрубками для их ввода и вывода очищенного моющего раствора и шлама, сборник нефтепродуктов, снабженный нагревателем, а также запорную арматуру и насосы для перекачки выделенных продуктов, внесены некоторые изменения и дополнения.

Отличительными признаками устройства, реализующего предлагаемый способ очистки МОДП от нефти и нефтепродуктов от прототипа являются следующие:
- загрузочная часть промывочной емкости выполнена в виде воронки, в нижней части которой по периметру установлен коллектор, снабженный патрубком для ввода сжатого воздуха;
- в нижней части промывочная емкость снабжена дополнительными патрубками для ввода в нее сжатого воздуха, а в верхней части - патрубком для вывода нефтесодержащей эмульсии;
- днище промывочной емкости выполнено откидным для выгрузки отмытого МОДП;
- установка очистки и разделения стоков, выполнена в виде сопряженных отдельных секций, последовательно образующих камеру гашения входных потоков, двухсекционный сепаратор с насадками и сборники очищенных нефтепродуктов и моющего раствора;
- в верхней части камеры гашения установлены воронка, снабженная сеткой для улавливания твердых частиц;
- выходные патрубки для вывода шлама из установки очистки соединены с входом дополнительного отстойника или намывного фильтра, выход которого соединен с дополнительным насосом для подачи отфильтрованной жидкости в камеру гашения.

Кроме того:
- сборник для очищенных нефтепродуктов расположен между двумя сообщающимися секциями сепаратора;
- в первой секции сепаратора, в зоне выделения нефтепродуктов, установлен нефтежироловитель, содержащий подвижные коалесцирующие диски и снабженный электроприводом;
- насадки установлены в обеих секциях сепаратора и выполнены в виде блока параллельных пластин;
- в нижней части сборника очищенного моющего раствора установлен цилиндр, образующий стакан для корректировки концентрации моющего раствора;
- между промывочной емкость и камерой гашения установлен дополнительный фильтр для улавливания твердых частиц из загрязненного моющего раствора;
- в качестве узла сбора мусора и загрязненного МОДП использован вентилятор, соединенный с всасывающими шлангами, снабженный приводом и приспособлением для регулирования силы тяги.

Следует отметить, что изготовление предлагаемого устройства не вызывает затруднений, т.к. основные узлы устройства прошли апробацию в других разработках, в частности нефтежироловитель защищен патентом РФ 2017891, а в сепараторе использовано авт. свид. 1001961.

Конструкция устройства приведена на чертеже, на котором транспортное устройство не показано, т.к. в качестве его может быть использована платформа, при очистке полотна или насыпи железной дороги, автомашина или другое транспортное средство.

Устройство включает узел сбора загрязненного МОДП, включающий вентилятор 1 со шлангом 2 (стрелками показана возможность горизонтального и вертикального перемещения его), промывочную емкость 3 с загрузочной воронкой 4, патрубки ввода моющего раствора 5, сжатого воздуха 6, вывода нефтесодержащей эмульсии 7 и загрязненного моющего раствора 8, воздушный коллектор 9 со штуцером 10 для ввода сжатого воздуха, откидное днище 11 для выгрузки отмытого МОПД, установку очистки и фазового разделения потоков 12 (нефтесодержащей эмульсии и загрязненного моющего раствора).

Установка состоит из следующих секций: чистого моющего раствора 13, камеры гашения 14, двухсекционного сепаратора 15 с насадкой 16, сборника очищенного нефтепродукта 17, на входе камеры гашения установлена воронка 18, а внутри ее - сетка 19, в первой секции сепаратора 20 установлен нефтежироловитель 21 с приводом 22 и подвижными дисками 23. Установка снабжена входным патрубком 24 и выходными патрубками 25 (чистого моющего раствора), 26 (шлама) и 27 (нефтепродуктов). В сборниках моющего раствора и нефтепродуктов установлены нагреватели 28, 29, а внутри сборника моющего раствора - цилиндр 30, образующий стакан 31.

Устройство также содержит отстойник 32 и фильтр 33, насосы 34, 35 и 36, запорная арматура 37 (вентиля, трубопроводы). На чертеже показаны места замера температур (термометры 38), а также линии подачи сжатого воздуха, свежей воды (вода) и сухого ТМС ("О-БИС"). Указатели уровня 39 установлены во второй секции сепаратора и в сборнике очищенного моющего раствора.

Рассмотрим работу устройства, реализующего предлагаемый способ очистки, на примере очистки МОДП от нефти и нефтепродуктов железнодорожного полотна и/или насыпи, т.к. они практически содержат щебень, гравий, грунт и песок, т.е. различные материалы, являющиеся основой дорожного покрытия.

Платформу, на которой смонтировано устройство, останавливают перед участком, который необходимо очистить от нефти и нефтепродуктов (возможно при аварии разлива нефти из цистерны или в соответствии с плановой очисткой). Естественно, что на железнодорожном полотне имеется мусор (бумага, листва, полиэтиленовые пакеты и т.п.), чтобы ее не отмывать вместе с основным материалом, вентилятор 1 включают на мощность, достаточную для их сбора посредством гибкого шланга 2. Собранный мусор собирают в специальную емкость (на чертеже не показана), прессуют и отправляют на дальнейшую переработку. Возможно сжигание собранного мусора на месте сбора. После окончания сбора легкого, иногда говорят мусора, обладающего парусностью, увеличивают мощность вентилятора 1 и собирают основное покрытие полотна или насыпи. Щебень, гравий, песок и частицы грунта загружаются в промывочную емкость 3 через загрузочную воронку 4. Эта форма загрузочного узла является наиболее удобной и позволяет загрузить в емкость разлетающийся материал. Одновременно через патрубок 5 противотоком снизу подают 3%-ный моющий раствор технического моющего средства ("О-БИС"), состоящий из следующих компонентов, вес. %: неионогенное ПАВ - 3%; кальцинированная сода - 97%, а через патрубки 6 - сжатый воздух. Моющий раствор подают в промывочную емкость из сборника 13 чистого моющего раствора, находящегося в составе установки 12 очистки и фазового разделения потоков, посредством насоса 34. Моющий раствор нагревают до температуры в пределах 40-55^oС нагревателем 28 и контролируют по термометру 38. Моющий раствор, поступающий под давлением в промывочную емкость 3 вместе с сжатым воздухом, барботирующим раствор, интенсивно перемешивают загружаемый загрязненный материал, отделяя мелкие и крупные фракции. За счет соударения крупных частиц и наличия псевдоожижженного слоя для мелких частиц происходит эффективная очистка их от нефтепродуктов, причем легкая фракция всплывает вверх и при достижении уровня переливного патрубка 7 нефтесодержащая эмульсия сливается в установку очистки 12. Для возможности удаления пленки, образующейся на поверхности нефтесодержащей эмульсии, и предварительного выделения мелкой фракции в коллектор 9, расположенный по периметру загрузочной воронки 4 на уровне поверхности жидкости (нефти), через штуцер 10 подают сжатый воздух, под действием которого капли нефти сдуваются в патрубок 7. Подачу сжатого воздуха осуществляют из баллона или компрессорной установки.

Процесс промывки продолжается до тех пор, пока через патрубок 7 не начнет переливаться слабая воднонефтяная эмульсия или моющий раствор. Загрязненный моющий раствор, содержащий ил и мелкие твердые частицы, через патрубок 8 сливают в установку 12 очистки и фазового разделения потоков. После слива загрязненного моющего раствора открывают откидное днище 11 и выгружают отмытый материал, содержащий, в основном, щебень и гравий.

Образующаяся в процессе отмывки нефтесодержащая эмульсия и загрязненный моющий раствор поступают на очистку путем фазового разделения в установке 12, причем нефтесодержащая эмульсия поступает в воронку 18, в которой установлена сетка 19, поэтому этот поток предварительно очищается от твердых частиц и оказывается в верхней части камеры гашения 14. Одновременно снизу через патрубок 24 в камеру гашения 14 поступает загрязненный моющий раствор, который прошел предварительную очистку от твердых включений в фильтре 33 (возможно его отсутствие). Загрязненный моющий поток, поступающий в камеру гашения снизу, практически не дает опуститься более легкой нефтяной фракции, поэтому она, поступая в двухсекционный сепаратор 15, скапливается в его верхней части, а основной поток загрязненного моющего раствора, содержащий нефтепродукты, находящиеся в виде крупных капель нефти или тонкодиспергированной эмульсии, поступает в первую секцию сепаратора 15, точнее в его насадку 16, представляющую тонкослойный модуль, выполненный из отдельных вертикальных параллельно расположенных коалесцирующих пластин, которые образуют между собой щелевые каналы. Верхние кромки пластин, выступающие над перегородкой секции, образуют гребенку, играющую роль равномерного распределителя потока по отдельным щелевым каналам. В результате того, что поток входит в верхнюю часть первой секции сепаратора, а выходит в противоположном нижнем по диагонали углу, в этой секции образуется зона сгущения, в которой происходит накопление ила. При прохождении нефтесодержащего потока по щелевым каналам происходит естественный процесс коалесценции, т.е. укрупнение капель нефтепродукта, и за счет разности плотности моющего раствора и нефти они всплывают на поверхность в верхней отстойной зоне первой секции сепаратора, играющей роль накопителя слоя нефтепродуктов.

Кроме того, коалесцирующие пластины захватывают мелкие капли нефтепродуктов, при этом прилипшие к поверхности пластин капли сливаются и укрупняются, образуя сплошную пленку, которая под действием эффекта Пуазейля поднимается вверх в эту же зону. Так как внешняя стенка первой секции выполнена несколько ниже стенок корпуса, то в результате образуется разгрузочный порог, через который маловязкие нефтепродукты перетекают в сборник 17 накопления выделившихся нефтепродуктов. Однако высоковязкие нефтепродукты не могут перетекать в эту камеру, поэтому для их удаления используют нефтежироловитель 21, снабженный приводом 22 и прикрепленный к крышке корпуса установки 12 таким образом, чтобы подвижные диски 23, насаженные на его барабан, были погружены в зону накопления нефтепродукта. Вращение барабана осуществляется от привода 22 за счет соединения его вала с валом нефтежироловителя ременной или цепной передачей. Вращение барабана осуществляется в таком направлении, чтобы надвигающаяся пленка высоковязкого нефтепродукта атаковалась нисходящей половиной подвижных дисков 23. В этих условиях основная масса нефтепродукта прижимается к подвижным дискам, смачивая их поверхность, и образует на ней хорошо удерживаемую пленку. Эта пленка снимается с их поверхности скребками и самотеком по желобу стекает в камеру 17 накопления нефтепродуктов.

Освобожденный от нефтепродуктов моющий раствор с выхода первой секции сепаратора поступает снизу на вход второй секции 20 "а" сепаратора 15, в которой также размещена насадка 16 "а" с тонкослойным модулем, состоящим из вертикальных параллельно расположенных коалесцирующих пластин, образующих щелевые каналы. В этих щелевых каналах происходит отделение от воды более плотных твердых частиц. Это происходит потому, что из-за параболического распределения скоростей в щелевых каналах восходящий поток оттесняет более плотные частицы к пластинам, образующим стенки щелевых каналов (эффект Пуазейля). Оттесняя твердые частицы к поверхностям коалесцирующих пластин, поток выносит их благодаря диагональному направлению движения в застойную зону. О нахождении застойных зон, где происходит накопление шлама, можно судить по патрубкам 26, через которые шлам удаляется из установки 12. Осветленная вода через второй разгрузочный порог, выполненный с возможностью изменения его высоты (по сигналу указателя уровня 39) относительно общей перегородки второй секции сепаратора и сборника 13 чистого моющего раствора, поступает в сборник 13 и далее используется для отмывки загрязненного МОДП, как уже выше было описано. Сгущенный продукт (шлам) из сепаратора 15 и камеры гашения 14 установки 12 очистки и разделения стоков направляются в отстойник 32, где шлам отстаивается (возможна замена отстойника на намывочный фильтр), а отделенный моющий раствор мембранным насосом 35 направляется на дальнейшую очистку в камеру гашения 14, причем непосредственно через воронку 18 с сеткой 19 или через фильтр 33 (если он есть), а шлам используется по назначению.

Транспортировка выделившихся нефтепродуктов из сборника 17 их накопления осуществляется через патрубок 27 мембранным насосом 36, но для того, чтобы снизить вязкость высоковязких нефтепродуктов, в нижней зоне этой камеры установлен нагреватель 29. Нефтепродукты могут направляться в хранилище или на непосредственное использование.

После заданного числа циклов использования моющего раствора или в случае увеличения его концентрации или изменения состава осуществляют коррекцию моющего раствора путем добавления свежей воды и сухого технического моющего средства (ТМС) "О-БИС" или "О-БИСМ". Коррекцию осуществляют в стакане 31, образованном цилиндром 30, установленным в сборнике чистого моющего раствора.

На этом практически процесс очистки и возвращения МОДП на прежнее место заканчивается, и платформа перемещается на следующий загрязненный участок железнодорожного полотна.

Преимуществами предлагаемого способа очистки МОПД и устройства его реализующего являются:
- создание экологически чистой и безотходной технологии очистки;
- исключение применения эмульгаторов и их отделения от моющих растворов;
- повышение эффективности очистки за счет увеличения выхода нефтепродуктов;
- создание компактного устройства за счет применения более эффективного оборудования;
- экономия энергоресурсов и моющих средств;
- универсальность устройства, т.к. его можно применять для очистки почвы, грунта, песка, щебня и гравия без внесения изменений в конструкцию.

В настоящее время устройство проходит опытно-промышленную эксплуатацию и в течение 2002 г. ожидается широкое промышленное применение его.

Формула изобретения

1. Способ очистки материала основы дорожного покрытия от нефти и нефтепродуктов, включающий сбор загрязненного материала путем засасывания его воздухом, загрузку его в промывочную емкость, отмывку моющим раствором, содержащим поверхностно-активные вещества, удаление нефтесодержащей эмульсии и загрязненного моющего раствора с последующей их очисткой путем разделения фаз, удаление выделенных нефтепродуктов и очищенного моющего раствора с повторным его использованием для отмывки, удаление шлама и выгрузку из емкости отмытого материала с использованием его по назначению, отличающийся тем, что перед сбором загрязненного материала осуществляют предварительную очистку его от мусора, обладающего парусностью, на отмывку одновременно с моющим раствором подают сжатый воздух в противоток загружаемому материалу, причем часть сжатого воздуха подают в верхнюю часть промывочной емкости вдоль поверхности жидкости, нефтесодержащую эмульсию перед очисткой фильтруют, очистку и фазовое разделение образующихся стоков осуществляют в многосекционной установке, причем шлам после удаления из нее подвергают дополнительному фазовому разделению с последующим направлением выделенной жидкой фазы в установку на повторную очистку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве моющего раствора применяют 2-4% раствор технического моющего средства, содержащего неионогенные поверхностно-активные вещества и активную составляющую, при температуре 40-55°С.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве активной составляющей применяют кальцинированную соду или состав с частичной заменой ее на натриевые соли фосфорной кислоты.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что загрязненный моющий раствор перед поступлением на очистку пропускают через дополнительный фильтр.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что очистку от мусора и сбор загрязненного материала основы дорожного покрытия осуществляют одним и тем же аппаратом посредством изменения силы тяги.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что выделившиеся в сепараторе нефтепродукты нагревают в сборнике перед их транспортировкой.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что концентрацию и/или состав моющего раствора поддерживают путем периодической добавки сухого моющего средства и свежей воды.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что дополнительное разделение удаленного шлама осуществляют путем его отстоя или фильтрования.

9. Устройство для очистки от нефти и нефтепродуктов основы материала дорожного покрытия, содержащее транспортное средство, смонтированный на нем узел сбора загрязненного материала, выполненный с возможностью перемещения по вертикали и горизонтали и имеющий отверстие для всасывания воздуха, промывочную емкость для загрузки и мойки загрязненного материала, снабженную патрубками для подачи моющего раствора и для вывода загрязненных нефтесодержащих стоков, установку для очистки и фазового разделения их, снабженную патрубками для ввода в нее загрязненных стоков и удаления очищенных нефтепродуктов, моющего раствора и шлама, соединенных с запорной арматурой и насосами для перекачки жидких фракций, отличающееся тем, что загрузочная часть промывочной емкости выполнена в виде воронки, в нижней части которой по периметру установлен коллектор со штуцером для ввода сжатого воздуха, нижняя часть промывочной емкости дополнительно снабжена патрубками для подачи в нее сжатого воздуха, а днище емкости выполнено откидным для выгрузки отмытого материала, установка очистки и разделения стоков выполнена в виде сопряженных отдельных секций, образующих камеру гашения входных потоков, двухсекционный сепаратор с насадками и сборники очищенных нефтепродуктов и моющего раствора, причем в верхней части камеры гашения установлена воронка, снабженная сеткой для предварительной очистки загрязненных стоков от твердых частиц, выходные патрубки для вывода шлама из установки соединены с входным патрубком дополнительного отстойника, выходной патрубок которого соединен с дополнительным насосом для подачи отделенной жидкости в камеру гашения.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что сборник для очищенных нефтепродуктов расположен между двумя сообщающимися секциями сепаратора и снабжен нагревателем.

11. Устройство по любому из пп.9 и 10, отличающееся тем, что в первой секции сепаратора в зоне выделения нефтепродуктов установлен нефтежироловитель с подвижными коалесцирующими дисками, снабженный электроприводом.

12. Устройство по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что в нижней части сборника очищенного моющего раствора установлен цилиндр, образующий стакан для добавления моющего средства.

13. Устройство по любому из пп.9-12, отличающееся тем, что насадка сепаратора установлена в обеих секциях и выполнена в виде блока параллельных пластин.

14. Устройство по любому из пп.9-13, отличающееся тем, что на выходе из промывочной емкости очищенного моющего раствора установлен дополнительный фильтр для улавливания мелких твердых включений.

15. Устройство по любому из пп.9-14, отличающееся тем, что в качестве узла сбора мусора и загрязненного нефтепродуктами материала применен вентилятор, содержащий приспособление для регулирования силы тяги на входе вентилятора.

16. Устройство по любому из пп.9-15, отличающееся тем, что отстойник удаленного шлама может быть заменен на намывной фильтр.

РИСУНКИ

Рисунок 1