Способ очистки воды от нефтепродуктов и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: способ очистки воды от нефтепродуктов осуществляется путем фильтрования воды через фильтрующий материал при воздействии низкочастотных акустических колебаний и вибрационных затопленных струй, сбора, концентрирования и удаления нефтепродуктов, пригодных к утилизации в устройстве, содержащем корпус с фильтроэлементами, приемную камеру, вибровозбудитель с поршнем и мембраной, камеру сбора и концентрирования нефтепродуктов и приспособление для их удаления. Отделение от воды нефтепродуктов с последующей концентрацией позволяет увеличивать производительность и эффективность очистки, а также получать пригодные к утилизации нефтепродукты. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к очистке воды от нефтепродуктов и может быть использовано для очистки питьевых, технических и сточных вод, а также для разделения суспензий при обогащении полезных ископаемых и переработке дисперсных материалов.

Известен способ очистки воды от нефтепродуктов, включающий отстаивание воды и удаление нефтепродуктов с ее поверхности.

Известный способ имеет низкую эффективность очистки и не позволяет очищать воду до установленных норм. Кроме того, для его применения необходимы громоздкие и материалоемкие отстойники нефтеловушки.

Известен способ очистки воды от нефтепродуктов, выбранный в качестве прототипа, включающий подачу исходной воды в корпус фильтра, фильтрацию через фильтрующий материал, регенерацию фильтрующего материала, отвод очищенной и промывной воды.

Известный способ имеет малую производительность из-за периодического характера фильтрации воды и регенерации фильтрующего материала, а также низкую эффективность из-за образования сильно загрязненных нефтепродуктами промывных вод. Кроме того, для применения этого способа требуются сравнительно крупногабаритные и материалоемкие фильтры.

Известно устройство для очистки воды от нефтепродуктов, содержащее корпус, импеллеры, приспособления для подвода и отвода воды и удаления пены.

Известное устройство имеет малую производительность из-за длительной обработки воды, составляющей 20-30 мин и низкую эффективность из-за трудности флотирования тонко эмульгированных нефтепродуктов. Кроме того, получение нефтепродуктов в виде пены усложняет и удорожает дальнейшую их переработку. К тому же устройство имеет большие габариты, высокую энерго- и металлоемкость.

Известно также устройство для очистки воды от нефтепродуктов, содержащее корпус, подводящий и отводящий патрубки, расположенный в корпусе фильтрующий блок и средство для отвода нефтепродуктов.

Недостаток известного устройства заключается в образовании больших объемов промывной воды при регенерации фильтровальных элементов, в сложности удаления нефтепродуктов из промывной воды, в постепенной пассивации фильтровального материала, приводящей к необходимости его периодической замены. В совокупности эти недостатки обусловливают низкую производительность и эффективность процесса очистки и его высокую стоимость.

Цель изобретения увеличение производительности и эффективности процесса очистки воды, а также получение пригодных и утилизации нефтепродуктов за счет отделения, концентрирования и удаления из воды нефтепродуктов при непрерывной регенерации фильтровальных элементов.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Устройство включает корпус 1, приемную камеру 2, камеру 3 сбора и концентрирования нефтепродуктов, поршень 4, мембрану 5 и вибровозбудитель 6. В корпусе 1 установлены цилиндрические фильтроэлементы 7, закрепленные в верхней 8 и нижней 9 крышках, а также отводящий патрубок 10. В приемной камере 2 установлены подводящий патрубок 11 и средство 12 для создания локальных истоков очищаемой воды, выполненное из двух обращенных друг к другу меньшими основаниями полых усеченных конусов 13, в зазоре между которыми закреплена перфорированная обечайка 14 и кольцевой камеры 15, сообщенной с патрубком 11. В нижней части приемной камеры 2 установлен поршень 4 с мембраной 5, соединенный посредством штока 15 с вибровозбудителем 6. В камере 3 сбора и концентрирования нефтепродуктов установлено струегасящее приспособление 16 в виде пластины 17 с выполненными в ней отверстиями 18, оси которых смещены относительно осей отверстий 19 цилиндрических фильтроэлементов 7. Струегасящее приспособление 16 установлено с возможностью перемещения пластины 17 в вертикальном направлении. В стенках камеры 3 установлены виброгасящие элементы 20, выполненные, например, в виде резиновых мембран, сильфонов и т.д. В камере 3 установлена также успокоительная решетка 21. Камера 3 снабжена приспособлением 22 для сбора и удаления нефтепродуктов, включающем барабан 23, поверхность которого выполнена из лиофильного материала, скребок 24 и желоб 25. Приспособление 22 имеет переливную емкость 26, соединенную трубопроводом 27 и задвижкой 28 с подводящим патрубком 11.

П р и м е р. Исходная вода с содержанием нефтепродуктов до 150-200 мг/л.

Исходная вода по подводящему патрубку 11 поступает в полость средства 12 и через перфорации в обечайке 14 в приемную камеру 2, в полости цилиндрических фильтроэлементов 7 и заполняет камеру 3 до соответствующего уровня. Вибровозбудителем 6 посредством штока 15 приводится в колебательное движение излучающий поршень 4, колебания которого трансформируются в низкочастотные акустические колебания воды. Движению поршня 4 вверх и вниз соответствуют положительный и отрицательный полупериоды колебаний. В положительный полупериод среда смещается вверх, а в отрицательный полупериод вниз от положения равновесия. Колебания возбуждаются во всех потоках воды в фильтроэлементах 7, при этом в положительные полупериоды скорость потоков возрастает, так как направление движения потоков и поршня совпадают, а в отрицательные полупериоды скорости потоков уменьшаются, так как направления движения потоков воды и поршня противоположны.

Под действием перепада давления внутри каждой полости фильтроэлемента 7 и в полости корпуса 1 вода фильтруется через боковые поверхности фильтроэлементов 7 и поступает в корпус 1, заполняет его и отводится через патрубок 10. При фильтровании воды на внутренней боковой поверхности фильтроэлементов 7 задерживаются эмульгированные нефтепродукты и адсорбируются растворенные нефтепродукты. В отсутствие колебаний нефтепродукты быстро покрывают внутреннюю поверхность фильтроэлементов 7, образуя слой, который потоком воды вновь эмульгируется, и нефтепродукты этим потоком воды уносятся в полость корпуса 1, т. е. эффективность очистки воды резко падает. Низкочастотные акустические колебания обеспечивают непрерывное удаление задерживаемых фильтроэлементами 7 нефтепродуктов с их поверхности по следующим причинам. Суммарная площадь поперечного сечения всех фильтроэлементов 7 меньше площади излучающего поршня 4 и мембраны 5. По этой причине величина колебательной скорости воды в полостях фильтроэлементов 7 значительно выше колебательной скорости излучающего поршня 4. В каждой полости фильтроэлементов 7 формируются вибрационные высокоскоростные затопленные струи, которые смывают с поверхностей фильтроэлементов нефтепродукты. Поскольку параллельные потоки в фильтроэлементах 7 направлены снизу вверх, то в положительный полупериод колебаний скорость этих потоков возрастает, и давление в вибрационных затопленных струях в силу закона Бернулли падает. При таком уменьшении давления происходит частичное эжектирование воды из полости корпуса 1 в полости фильтроэлементов 7, т.е. возникает противоток воды, удаляющий из пор и капилляров материала фильтроэлементов 7 нефтепродукты, которые смываются высокоскоростными потоками воды и струями выбрасываются в камеру 3.

В отрицательный полупериод колебаний скорость потоков в фильтроэлементах 7 уменьшается, и давление в силу закона Бернулли возрастает, и за счет такого увеличения давления происходит ускоренное фильтрование воды, сопровождающееся задерживанием и образованием на фильтровальных поверхностях слоя нефтепродуктов, который в следующий за этим положительный полупериод колебаний смывается и выбрасывается струями в камеру 3. Частота смены положительных и отрицательных полупериодов колебаний, т.е. частота колебаний выбираются исходя из типа присутствующих в воде нефтепродуктов. Для тяжелых углеводородных соединений (мазута, нефти) предпочтителен низкий диапазон частот (4-20 Гц). Для легких углеводородов (масла, бензин) частота должна быть повышена до 30-60 Гц. С повышением частоты легкие нефтепродукты чаще выносятся в камеру 3 и меньше вероятность их увлечения потоком воды в полость корпуса 1.

Очищенная от нефтепродуктов вода отводится из полости корпуса 1 по патрубку 10, причем расход воды, поступающей по патрубку 10 в приемную камеру 1, равен расходу воды, отводимому по патрубку 10 из полости корпуса 1. Приспособление 12 обеспечивает локализацию энергии низкочастотных акустических колебаний в объеме обрабатываемой воды за счет резкого ослабления пульсаций давления в подводящем патрубке 11 при колебательном движении поршня, так как происходящее в каждый полупериод повышение и понижение давления гасится на перфорациях обечайки 14, а сужение потока в месте размещения обечайки 14 обеспечивает в каждый полупериод локальное понижение давления, сглаживающее пики пульсаций давления.

Интенсивность выбрасываемых из фильтроэлементов 7 вибрационных затопленных струй падает с удалением от верхней крышки 8. Для гашения вибрационных затопленных струй используется струегасящее приспособление 16. Поскольку оси отверстий 18 пластины 17 смещены относительно осей отверстий 19 фильтроэлементов 7, выбрасываемые из фильтроэлементов 7 вибрационные струи тормозятся пластиной 17. Гашение струй снижает дальность их действия. Перемещением пластины 17 в вертикальном направлении обеспечивается управление торможением и гашением струй, а также перепадом давления на фильтроэлементах 7. С приближением пластины 17 к верхней крышке 8 возрастает сопротивление движению вибрационных струй и, как следствие, возрастает давление в полостях фильтроэлементов 7 и увеличивается скорость фильтрования воды.

При торможении вибрационных затопленных струй их скорость падает до нуля, происходит их реверсирование, взаимодействие и выбрасываемый в виде струй объем воды поступает далее через отверстия 18 пластины 17 в камеру 3 сбора и происходит движение этого объема воды в обратном направлении. Колебания объема воды в камере 3 гасятся виброгасящими элементами 20. Так, при поступлении объема воды в камеру и сопровождающем это повышение давления элементы 20 выгибаются наружу, а при отводе этого объема элементы 20 выгибаются во внутрь. Виброгасящие элементы 20 совместно с успокоительной решеткой 21 обеспечивают полное гашение колебаний, в результате чего низкочастотные акустические колебания не достигают поверхности уровня воды.

Поступающие в камеру 3 нефтепродукты всплывают и за счет уменьшения площади сечения камеры 3 концентрируются в ее верхней части, где расположено приспособление 22 для сбора и удаления нефтепродуктов. Нефтепродукты, находящиеся на поверхности воды в виде пленки или слоя, адсорбируются на лиофильной поверхности барабана, погруженного в воду. При вращении барабана 23 электроприводом 27 (фиг. 2) нефтепродукты налипают на его поверхность, удаляются с поверхности воды и далее скребком 2 счищаются и поступают в желоб 25, откуда подаются на утилизацию.

Адсорбированием нефтепродуктов на лиофильной поверхности барабана 23 с последующей ее механической очисткой в условиях отсутствия колебаний на поверхности воды достигается удаление нефтепродуктов без существенных примесей воды, что дает возможность их утилизировать без дополнительной обработки.

При запуске устройства возможно колебание уровня воды. В случае превышения допустимого уровня перелив воды в переливную емкость 26 устраняется ее возвращением в подводящий патрубок 11 через трубопровод 27 открытием задвижки 28. В нормальном рабочем режиме задвижка 28 закрыта.

Исследованиями установлено, что без воздействия колебаний очистка воды от нефтепродуктов носит спонтанный и неуправляемый характер. Так, при концентрации нефтепродуктов в исходной воде 110-120 мг/л, их содержание в очищенной воде изменяется от 85 до 150 мг/л. Превышение содержания нефтепродуктов в очищенной воде над их содержанием в исходной воде обусловлено накоплением на фильтрующей поверхности нефтепродуктов и их спонтанным проскоком в очищенную воду.

Воздействие низкочастотных акустических колебаний обеспечивает постоянное удаление слоя нефтепродуктов с поверхности фильтровальных элементов. При исходном содержании нефтепродуктов 110-120 мг/л их содержание в очищенной воде при использовании каркасного фильтра с фильтротканью не превышает 3-5 мг/л, а при использовании целлюлозного фильтра 0,3 мг/л. Установлено, что эффективность очистки воды зависит от плотности нефтепродуктов: с уменьшением плотности эффективность падает. Наиболее эффективно идет очистка от мазута и менее эффективно от легких масел. Поддержание высокой эффективности очистки тяжелых и легких нефтепродуктов обеспечивается изменением частоты низкочастотных акустических колебаний. Так, для очистки воды от мазута оптимальный диапазон частот составляет 4-20 Гц, а для очистки воды от легких масел 30-60 Гц. Очевидно, что задерживаемые фильтроэлементами легкие нефтепродукты должны чаще смываться с их поверхности и выноситься в камеру сбора и концентрирования. В противном случае идет процесс их увеличения фильтрующимся потоком и повторное загрязнение уже очищенной воды.

В случае загрязнения воды смесью различных нефтепродуктов оптимальный диапазон воздействия приходится на область повышенных частот, т.е. 30-60 Гц.

При возбуждении низкочастотных акустических колебаний удельная производительность очистки воды возрастает на 35-40% по сравнению с производительностью без воздействия колебаний.

Формула изобретения

1. Способ очистки воды от нефтепродуктов, включающий подачу исходной воды в корпус фильтра, фильтрование, отвод очищенной воды и удаление потоков нефтепродуктов, отличающийся тем, что воду в корпус фильтра подают снизу вверх в виде параллельных локальных потоков, в каждом из которых возбуждают регулируемые низкочастотные колебания в виде чередующихся положительных и отрицательных полупериодов смещения локальных потоков от среднего положения, для фильтрования используют фильтрующие элементы цилиндрической формы, на внутреннюю поверхность которых локальные потоки подают тангенциально, выходящие из полостей фильтрующих элементов потоки нефтепродуктов тормозят, гасят колебания и удаляют нефтепродукты посредством адсорбции на движущуюся лиофильную поверхность, которую непрерывно очищают.

2. Устройство для очистки воды от нефтепродуктов, содержащее корпус с подводящим и отводящим воду патрубками, расположенный в корпусе фильтрующей блок и средство для отвода нефтепродуктов, отличающееся тем, что оно снабжено расположенным под фильтрующим блоком средством для создания локальных потоков очищаемой воды, средством для создания низкочастотных колебаний потоков в виде поршня с мембраной, жестко соединенного с вибровозбудителем, и камерой для сбора и концентрирования нефтепродуктов с установленными в ней струетормозящим средством, успокоительной решеткой и виброгасящими элементами, при этом фильтрующий блок выполнен в виде установленных в трубных решетках цилиндрических фильтрующих элементов.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство для создания локальных потоков выполнено в виде присоединенной к внутренней стенке корпуса кольцевой камеры, сообщенной с подводящим патрубком и установленной концентрично внутри нее перфорированной обечайки, при том в продольном сечении камера имеет вид направленных один к другому меньшими основаниями усеченных конусов.

4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что струетормозящее средство имеет вид перфорированной пластины, отверстия в которой выполнены над промежутками между отверстиями в трубных решетках.

5. Устройство по пп. 2 4, отличающееся тем, что виброгасящие элементы выполнены в виде мембран, вмонтированных в стенки камеры для сбора и концентрирования нефтепродуктов.

6. Устройство по пп. 2 5, отличающееся тем, что средство для отвода нефтепродуктов выполнено в виде установленного с возможностью вращения барабана с лиофильной поверхностью, снабженного скребком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3