CN105113474B - 用于海洋油污治理的吸油装置 - Google Patents

Abstract

用于海洋油污治理的吸油装置，包括多个通过扣环相互连接的吸油单体，吸油单体包括单体外框架和置于单体外框架中的吸油芯包，吸油芯包中盛放有膨胀石墨颗粒，单体外框架最下方的对称位置设有两个配重装置，两个配重装置的总重量与吸油单体的排水量的比值为1：5~1：10。本发明通过浮力计算，添加可变配重装置，使吸油装置始终工作在水和油分界面，并采用拖拽绳拖曳，形成动态吸附，提高了吸附速度，经实验测定，吸油效率提高4倍以上；本装置针对溢油治理中常见的超薄水面溢油具有处理速度快、吸附洁净度高的实际效果，同时具有抗拉伸、抗冲击及可悬挂的特点。

Description

用于海洋油污治理的吸油装置

技术领域

本发明涉及海洋油污治理技术领域，具体涉及一种用于海洋油污治理的吸油装置。

背景技术

海洋污染的主要污染物是石油烃类油污，可造成水体缺氧、毒化，造成滨海湿地面积丧失，并对渔业、盐业、海水淡化等工农业生产造成危害。传统海洋油污的吸附产品清理，一般有两种方式：其一、以松软熔喷聚丙烯材料为芯体，外包PVC等塑料网袋材料制作的长条圆柱形吸油拖栏；其二、利用熔喷聚丙烯材料制做成厚度约1-2mm，30—50cm见方的正方形吸油毡，其吸油量是自重的10至20倍。但存在以下问题：前者的拖栏几乎完全漂浮于水面，当水面有轻微波浪时即从溢油表面滑过而失去围控作用，同时，还存在吸附接触面小、速度慢、吸不干净等实际问题；后者单片投放与回收效率低，而且同样存在吸附接触面小、速度慢、吸不干净等实际问题。实际使用后的熔喷聚丙烯吸油拖栏和吸油毡含有10~20%左右的含盐海水，后续处理时含盐油品没有利用价值，燃烧处理也存在重大安全隐患，只能作为垃圾填埋，容易造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于海洋油污治理的吸油装置，该装置在使用时能够始终处于水和油的分界面，吸附接触面大、速度快、吸得干净，可对0.01mm厚度超薄油层有效吸附。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：用于海洋油污治理的吸油装置，包括多个通过扣环相互连接的吸油单体，吸油单体包括单体外框架和置于单体外框架中的吸油芯包，吸油芯包中盛放有膨胀石墨颗粒，单体外框架最下方的对称位置设有两个配重装置，两个配重装置的总重量与吸油单体的排水量的比值为1：5~1：10。

其中，单体外框架是由十二根连接杆固定连接而成的方体结构，单体外框架的中部连接有加强筋，其中，单体外框架最上方一个面为敞开设置的敞口，在敞口四周的连接杆上捆绑有缆绳，缆绳上通过锁扣连接有拖拽绳，单体外框架的其余五个面均安装有聚丙烯发泡板。

本发明中，吸油芯包有两种设置方式，其中一种设置方式为：吸油芯包由膨胀石墨颗粒和包裹在膨胀石墨颗粒外的防水渗油性无纺布层组成，单体外框架内部设有多个将其内腔分隔成多个储放单元的隔板，每个储放单元中均设有吸油芯包。

或者设置为：吸油芯包包括框体和包裹在框体外的防水渗油性无纺布层组成，框体内部设有多个将其内腔分隔成多个储放单元的分隔板，分隔板上设有多个孔洞，每个储放单元中均放置有膨胀石墨颗粒。

其中，隔板由相互垂直设置的水平隔板和竖直隔板组成，水平隔板和竖直隔板的数目相同，单体外框架的规格为40cm×40cm×5cm，储放单元的规格为10cm×10cm×5cm。

其中，分隔板由相互垂直设置的水平分隔板和竖直分隔板组成，水平分隔板和竖直分隔板的数目相同，框体的规格为40cm×40cm×5cm，储放单元的规格为10cm×10cm×5cm。

本发明中，连接杆的材质为PVC材料或防锈金属丝。采用防锈钢丝焊接时，焊点光滑牢固。

为了使膨胀石墨吸油单体的漂浮稳定性、拖曳方向性等达到在海面大规模实际使用工作中的作业需要，本发明设计了配重装置，配重装置可在10~20min内完全溶化于海水中，使吸油效率达到最高，符合实际海洋应急溢油清理工作中油污吸附材料及吸油拖栏的时效性要求。本发明中的配重装置由海盐颗粒和包裹在海盐颗粒外的聚丙烯丝网袋组成，聚丙烯丝网袋的网孔为20目；吸油芯包和配重装置可缝合制作，耐用、美观，可以根据实际所需计算其尺寸大小。

本发明中，吸油芯包的吸油量是吸附材料自重的80倍以上。

本发明中，吸油单体的干舷最高点设有LED灯，吸油单体重心位置设有的电容式物位传感器与LED灯通过电路连接，当吸油芯包吸满油时，电容式物位传感器极板间的介质发生变化，显示有信号输出，则电路中连接的LED灯亮。

本装置在海洋油污应急及日常治理中的意义在于：占世界原油产量80%以上的原油发生海面溢油时，通常海况下一小时左右即形成1mm以内超薄油层，这是世界范围溢油治理的难题。各类型收油机针对2cm厚度以上较为有效，需要大型围油栏对溢油围控并收紧至溢油厚度达到收油机或专业溢油船使用要求后方可进行溢油处理。围油栏布放通常需要几小时，且在海流速度超过3节或海水深度超过10米之任一种条件下，各种围油栏都不能发挥对海面溢油的有效围控。消油剂可将薄油层分散为微小液滴，但溢油仍存在于水体环境中形成污染，所有淡水环境禁止使用消油剂，仅在有限的海洋溢油情况下消油剂被允许使用。本装置可在不使用围油栏的情况下，对原油、柴油、润滑油等常见海面溢油薄油层直接进行有效吸附，使用后的装置、油品可回收利用，失效废料是优质燃料，后续处理简单、有效、环保。本装置根据实际使用需要可制备成各种规格大小，即可单片、单节使用，又可连接成所需长度大规模使用，装置的结构、强度、环保特性可满足绝大部分实际使用要求。

本发明中，吸油单体的排水量即为按要求装好吸油芯包后，吸油单体完全浸没水中排开水的质量。

本发明中，吸油单体内部设有电容式物位传感器，吸油单体的干舷最高点设有LED灯，当吸油芯包吸满油时，电容式物位传感器的极板间的介质发生变化，电路中连接的LED灯点亮。

干舷是指在船长中点处，沿舷侧自满载吃水线至上层连续甲板边线上缘的垂直距离。本发明中，吸油单体的干舷最高点即为沿吸油单体干舷边线的最上缘。

膨胀石墨具有疏松多孔结构，对有机化合物具有较大的吸附能力，吸油后浮于水面，易捕捞回收，再生利用处理简便，可采用挤压、离心分离、振动、溶剂清洗、加热萃取等法，且不会形成二次污染。但由于膨胀石墨比重很小，有较大的比表面积，一般可达50-200m²/g，制成吸油毯类制品，成型较困难。而经过多项溢油处理及水体治理材料测试证明：本发明的吸油芯包吸附率（吸附油质量/总投放油质量）达99%以上；亲油疏水（吸附油质量/总吸附质量）99%以上；对原油饱和吸附倍数80倍以上（吸附油质量/膨胀石墨质量）膨胀倍数230倍以上；含碳量99%以上。

由于膨胀石墨比重极小，传统吸油时，几乎完全静浮于水面，吸油率效果低、达到20倍吸附（交通部JT/T864-2013吸油拖栏标准为6倍以上）的吸油时间约30min。而本发明将吸油芯包放入单体外框架，只要算出吸油单体的密度小于水的密度，吸油单体处于漂浮状态，轻微拖动吸油单体，即可快速提高吸油效率，缩短吸油时间至3~6min。

本发明所用膨胀石墨装入采用特种环保40倍EPP材质的隔板分隔成的独立的储放单元，具有高效吸油及储油作用，膨胀石墨外层用具有防水渗油性纺粘无纺布层包装，形成吸油芯包。多个吸油单体的框体采用扣环可拆卸连接，可依据需要，连接成任意数量的吸油拖栏。吸油单体四角位置均衡安置配重装置，使每一节吸油单体干舷处于最佳浸油位置，轻微拖动拖栏形成动态吸附，即可快速提高吸油效率。

有益效果：1、本发明的吸油装置，通过浮力计算，添加可变的配重装置，使吸油装置始终工作在水和油分界面，并采用拖拽绳拖曳，形成动态吸附，提高了吸附速度，实际使用效果远远好于现有吸油毡、吸油拖栏等产品，同时具有抗拉伸、抗冲击及可悬挂的特点。

2、多个吸油单体之间可采用扣环连接，可依据需要连接成任意数量的吸油装置，可轻微拖动，形成动态吸附，快速提高吸油效率，吸油时间缩短为3~6min，吸附洁净度达95%以上，而同等条件下聚丙烯吸油毡约50%、吸油拖栏更低。具有模块化、组合式结构，可嵌入、可覆盖，方便存放和运输等特点。

3、在吸油单体中心位置设置物位传感器，干舷最高点安置LED灯，当吸附材料吸附饱和时，即可发送信号提示清污船回收吸油装置，适宜昼夜作业。

4、本发明的吸油装置，具有高吸附能力和亲油疏水能力，生产成本低，可大批量生产，易加工，吸油芯包在吸油后，可采用简单抽吸、加热工艺回收油品，材料可再生多次重复使用；重量轻，便于运输；其强度、韧性符合工业环境使用要求，生产作业适合于船舶装备等平台。

5、本装置保油率高，实际吸油作业后不必回收到船舶甲板上，可拖在船后水面上直接回到港口基地；吸油后的本装置，膨胀石墨芯体几乎不吸水，通过挤压、离心或加热装置可将油品回收利用，膨胀石墨可重复吸油使用也可作为优质燃料使用，外包装的防水渗油性无纺布层仅表面沾有少量水珠，可重新装填膨胀石墨吸附油污亦可燃烧使用，符合环保要求。

附图说明

图1为多个吸油单体的连接示意图；

图2为单体外框架的具体示意图；

图3为实施例1的示意图；

图4为实施例2的示意图；

图5为试样吸附纯原油3min/1h/24h实验结果；

图6为试样吸附纯柴油实验结果；

图7为本发明的吸油装置进行海水表面油层的吸附性能测试结果。

附图标记：1、吸油单体，2、单体外框架，3、吸油芯包，4、配重装置，5、电容式物位传感器，6、LED灯，7、连接杆，8、扣环，9、加强筋，10、敞口，11、缆绳，12、锁扣，13、拖拽绳，14、水平隔板，15、竖直隔板，16、水平分隔板，17、竖直分隔板，18、储放单元，19、孔洞，20、防水渗油性无纺布层，21、框体。

具体实施方式

用于海洋油污治理的吸油装置，如图1所示，包括多个通过扣环8相互连接的吸油单体1，吸油单体1包括单体外框架2和置于单体外框架2中的吸油芯包3，吸油芯包3的原油吸油量是吸附材料自重的80倍以上。吸油芯包3中盛放有膨胀石墨颗粒。

单体外框架2是由十二根连接杆7固定连接而成的方体结构，连接杆7的材质为PVC材料或防锈金属丝。单体外框架2的中部连接有加强筋9，单体外框架2的六个面均安装有聚醚硬质发泡板。如图2所示，在实际使用时，单体外框架2最上方一个面为敞开设置的敞口10，在敞口10四周的连接杆上捆绑有缆绳11，缆绳11上通过锁扣12连接有拖拽绳13，单体外框架2的其余五个面均安装有聚丙烯发泡板；与敞口10对应设置的单体外框架2的最下方的对称位置设有两个配重装置4，两个配重装置4的总重量与吸油单体1的排水量的比值为1：5~1：10，配重装置4由海盐颗粒和包裹在海盐颗粒外的聚丙烯丝网袋组成，聚丙烯丝网袋的网孔为20目；所述的配重装置4可在10~20min内完全溶化于海水中，符合实际海洋应急溢油清理工作中油污吸附材料及吸油装置的时效性要求。设计的吸油装置可根据工作环境需要多个连接，可轻微拖动，形成动态吸附，快速提高吸油效率，吸油时间缩短为3~6min，吸附洁净度达95%以上。

如图2所示，吸油单体1的干舷最高点设有LED灯6，吸油单体1重心位置设有的电容式物位传感器5与LED灯6通过电路连接，当吸油芯包3吸油量达到饱和时，电容式物位传感器5极板间的介质发生变化，显示有信号输出，则电路中连接的LED灯6亮，显示吸油材料吸油已饱和。电容式物位传感器将采集的4~20mA信号以RS485通讯信号形式传出，其工作环境温度：-40~85℃。

实施例1

用于海洋油污治理的吸油装置，包括多个通过扣环8相互连接的吸油单体1，吸油单体1包括单体外框架2和置于单体外框架2中的吸油芯包3。其中，单体外框架2的结构如图2所示，具体结构如上描述。

如图3所示，吸油芯包3由膨胀石墨颗粒和包裹在膨胀石墨颗粒外的防水渗油性无纺布层20组成，单体外框架2内部设有多个将其内腔分隔成多个储放单元18的隔板，每个储放单元18中均设有吸油芯包3，隔板由相互垂直设置的水平隔板14和竖直隔板15组成，水平隔板14和竖直隔板15的数目相同，单体外框架2的规格为40cm×40cm×5cm，储放单元18的规格为10cm×10cm×5cm。在实际应用中，水平隔板14和竖直隔板15的数目不一定相同，需根据单体外框架2实际尺寸进行确定；而单体外框架2的尺寸也可根据实际情况进行定制。

吸油芯包3的原油吸油量是吸附材料自重的80倍以上。单体外框架2下方的对称位置设有四个配重装置4，四个配重装置4的总重量与吸油单体1的排水量的比值为1：8，配重装置4由海盐颗粒和包裹在海盐颗粒外的聚丙烯丝网袋组成，聚丙烯丝网袋的网孔为20目；所述的配重装置4可在20min内完全溶化于海水中。

实施例2

用于海洋油污治理的吸油装置，如图1所示，包括多个通过扣环8相互连接的吸油单体1，吸油单体1包括单体外框架2和置于单体外框架2中的吸油芯包3，其中，单体外框架2的结构如图2所示，具体结构如上描述。

如图4所示，吸油芯包3包括框体21和包裹在框体21外的防水渗油性无纺布层20组成，框体21内部设有多个将其内腔分隔成多个储放单元18的分隔板，分隔板上设有多个孔洞19，每个储放单元18中均放置有膨胀石墨颗粒，分隔板由相互垂直设置的水平分隔板16和竖直分隔板17组成，水平分隔板16和竖直分隔板17的数目相同，框体21的规格为40cm×40cm×5cm，储放单元18的规格为10cm×10cm×5cm。

吸油芯包3的原油吸油量是吸附材料自重的80倍以上。吸油芯包3中盛放有膨胀石墨颗粒，单体外框架2下方的对称位置设有两个配重装置4，两个配重装置4的总重量与吸油单体1的排水量的比值为1：10，配重装置4由海盐颗粒和包裹在海盐颗粒外的聚丙烯丝网袋组成，聚丙烯丝网袋的网孔为20目；所述的配重装置4可在15min内完全溶化于海水中。

实施例3

用于海洋油污治理的吸油装置，如图1所示，包括多个通过扣环8相互连接的吸油单体1，吸油单体1包括单体外框架2和置于单体外框架2中的吸油芯包3，其中，单体外框架2的结构如图2所示，具体结构如上描述。

如图4所示，吸油芯包3包括框体21和包裹在框体21外的防水渗油性无纺布层20组成，框体21内部设有多个将其内腔分隔成多个储放单元18的分隔板，分隔板上设有多个孔洞19，每个储放单元18中均放置有膨胀石墨颗粒，分隔板由相互垂直设置的水平分隔板16和竖直分隔板17组成，水平分隔板16和竖直分隔板17的数目相同，框体21的规格为40cm×40cm×5cm，储放单元18的规格为10cm×10cm×5cm。

吸油芯包3的原油吸油量是吸附材料自重的80倍以上。吸油芯包3中盛放有膨胀石墨颗粒，单体外框架2下方的对称位置设有两个配重装置4，两个配重装置4的总重量与吸油单体1的排水量的比值为1：5，配重装置4由海盐颗粒和包裹在海盐颗粒外的聚丙烯丝网袋组成，聚丙烯丝网袋的网孔为20目；所述的配重装置4可在10min内完全溶化于海水中。

用两根缆绳11十字相扣于敞口10，一端固定，一端用框口绳扣连接，可以开合，作为放取吸油芯包3的口盖。多个吸油单体1之间用扣环8连接，可依据需要，连接成任意数量的吸油装置；吸油单体1四个角或两个角下部安置配重装置5，使每一节吸油单体1干舷处于最佳浸油位置，配重为颗粒状海盐，置于20目环保聚丙烯丝网袋内。在膨胀石墨吸油装置中心位置、干舷最高点安置LED灯6。在吸油单体1内部安装电容式物位传感器，当拖栏中的石墨吸满油时，电容极板间的介质变化，此时有电信号输出，电路中连接的LED灯6点亮。在夜间，可由LED灯6闪亮提示回收装置。每20节吸油拖栏配一节带电子装置的拖栏，在大规模溢油处理过程中，尤其在夜间及恶劣海况体条件下，大量带电子拖栏的装置可为应急指挥中心提供溢油飘散分布、溢油厚度等真实重要基础数据信息。还可在吸油拖栏上设置红外线发送和接收装置，响应时间快、灵敏度高，即可发送信号提示清污船回收装置。

本发明中，吸油芯包吸附率（吸附油质量/总投放油质量）99%以上；亲油疏水（吸附油质量/总吸附质量）99%以上；材料吸附倍数：原油80倍、柴油40倍、重油100倍；对于原油，60min可达80%饱和吸附倍数；对于柴油，30s可达80%饱和吸附倍数。

本发明中，吸油芯包吸附率（吸附油质量/总投放油质量）99%以上；亲油疏水（吸附油质量/总吸附质量）99%以上；材料吸附倍数：原油80倍、柴油40倍、重油100倍；对于原油，10min可达80%饱和吸附倍数；对于柴油，30s可达80%饱和吸附倍数。

1、对本发明的吸油装置进行含油海水的吸附性能测试，实验方法为：取本发明的吸油芯包，置于装有1L含油海水的量杯中，持续轻微振荡1h后取出，采用紫外分光光度计测量量杯中液体含油浓度。去除率=（原始油量-振荡后剩余油量）/原始油量×100%。由于含油海水极不稳定，静置或振荡过程都会使海水中油品析出致使浓度发生变化。实验采用三个吸油芯包，尺寸均为10cm×10cm×1cm，各吸油芯包内装0.5g膨胀石墨颗粒。

实验油品：纯原油100g准备3份；实验试样：10cm×10cm袋状石墨制品1.3g。实验结果如下表1所示；图示如图5所示；

表1 试样吸附纯原油3min/1h/24h实验

实验油品：纯柴油100g准备3份；实验试样：10cm×10cm袋状石墨制品1.3g。实验结果如下表2所示；图示如图6所示；

2、对本发明的吸油装置进行海水中COD（化学需氧量）的吸附性能测试，实验方法为：试样放入装有实验液体（排污入海口取样）的量杯，对实验液体进行持续搅拌1h后取出；用碱性高锰酸钾法测量实验液体COD浓度（有机物质相对含量）。去除率=（原始“有机物质相对含量”—振荡后剩余“有机物质相对含量”）/原始“有机物质相对含量”×100%。实验试样：吸油芯包尺寸均为10cm×10cm×5cm，各吸油芯包内装0.5g膨胀石墨颗粒，吸油芯包9份；实验液体：含高浓度COD海水3份；实验结果如下表3所示：

表3 海水中COD（化学需氧量）的吸附性能实验

在以上实验过程中，吸附24h后，海水几无异味，去臭味效果明显。

3、对本发明的吸油装置进行吸附原油的可重复使用实验，实验油品：纯原油两份，每份100g；实验试样：饱和吸附纯原油的吸油芯包，试样1的初始重量为42.47g，试样2的初始重量为45.16g；实验条件：用力挤压吸油芯包后，再投入纯原油中吸附10min，称重，结果如下表4所示：

表4吸附原油的可重复使用性实验

4、对本发明的吸油装置进行海水表面油层的吸附性能测试，经多次测试验证，吸油芯包的吸水率小于1%，吸油芯包的吸附倍数与吸油倍数的误差小于3%。吸油芯包对海水表面原油在24h的吸附倍数可达36.57。由图7可知该试验中吸油芯吸附倍数，1h内可达（34）24h吸附的90%。

5、对本发明的吸油装置进行使用溢油分散剂处理后柴油的混合液吸附测试，实验试样：吸油芯包3份，尺寸均为10cm×10cm×5cm，各吸油芯包内装0.5g膨胀石墨颗粒；实验液体：等量的经1g溢油分散剂处理的柴油与海水混合液3份，其中，柴油3g，海水300mL。密闭振荡吸附试验结果如下表所示：

注：使用溢油分散剂处理后的含油海水混合液不稳定，静置或振荡过程都会使油品析出而浓度发生变化，混合液表面漂浮的油品极易被吸附并混合溢油分散剂和海水一起吸入吸油芯包内。

Claims (9)

1.用于海洋油污治理的吸油装置，其特征在于：包括多个通过扣环（8）相互连接的吸油单体（1），吸油单体（1）包括单体外框架（2）和置于单体外框架（2）中的吸油芯包（3），吸油芯包（3）中盛放有膨胀石墨颗粒，单体外框架（2）最下方的对称位置设有两个配重装置（4），两个配重装置（4）的总重量与吸油单体（1）的排水量的比值为1：5~1：10，所述的配重装置（4）由海盐颗粒和包裹在海盐颗粒外的聚丙烯丝网袋组成，聚丙烯丝网袋的网孔为20目；所述的配重装置（4）可在10~20min内完全溶化于海水中。

2.根据权利要求1所述的用于海洋油污治理的吸油装置，其特征在于：单体外框架（2）是由十二根连接杆（7）固定连接而成的方体结构，单体外框架（2）的中部连接有加强筋（9），其中，单体外框架（2）最上方一个面为敞开设置的敞口（10），在敞口（10）四周的连接杆上捆绑有缆绳（11），缆绳（11）上通过锁扣（12）连接有拖拽绳（13），单体外框架（2）的其余五个面均安装有聚丙烯发泡板。

3.根据权利要求2所述的用于海洋油污治理的吸油装置，其特征在于：吸油芯包（3）由膨胀石墨颗粒和包裹在膨胀石墨颗粒外的防水渗油性无纺布层（20）组成，单体外框架（2）内部设有多个将其内腔分隔成多个储放单元（18）的隔板，每个储放单元（18）中均设有吸油芯包（3）。

4.根据权利要求2所述的用于海洋油污治理的吸油装置，其特征在于：吸油芯包（3）包括框体（21）和包裹在框体（21）外的防水渗油性无纺布层（20）组成，框体（21）内部设有多个将其内腔分隔成多个储放单元（18）的分隔板，分隔板上设有多个孔洞（19），每个储放单元（18）中均放置有膨胀石墨颗粒。

5.根据权利要求3所述的用于海洋油污治理的吸油装置，其特征在于：隔板由相互垂直设置的水平隔板（14）和竖直隔板（15）组成，水平隔板（14）和竖直隔板（15）的数目相同，单体外框架（2）的规格为40cm×40cm×5cm，储放单元（18）的规格为10cm×10cm×5cm。

6.根据权利要求4所述的用于海洋油污治理的吸油装置，其特征在于：分隔板由相互垂直设置的水平分隔板（16）和竖直分隔板（17）组成，水平分隔板（16）和竖直分隔板（17）的数目相同，框体（21）的规格为40cm×40cm×5cm，储放单元（18）的规格为10cm×10cm×5cm。

7.根据权利要求2所述的用于海洋油污治理的吸油装置，其特征在于：连接杆（7）的材质为PVC材料或防锈金属丝。

8.根据权利要求1所述的用于海洋油污治理的吸油装置，其特征在于：吸油芯包（3）的吸油量是吸附材料自重的80倍以上。

9.根据权利要求1所述的用于海洋油污治理的吸油装置，其特征在于：吸油单体（1）的干舷最高点设有LED灯（6），吸油单体（1）重心位置设有的电容式物位传感器（5）与LED灯（6）通过电路连接，当吸油芯包（3）吸满油时，电容式物位传感器（5）极板间的介质发生变化，显示有信号输出，则电路中连接的LED灯（6）亮。