CN110267918B - 用于清洁被油污染的流体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种用于清洁被油污染的流体(3)的装置(1)，包括由能够吸收油(2)的材料构成的填料(7)，其位于容器(4)内并设置在所述容器(4)的入口和出口(5、6)之间。根据本发明，所述填料(7)由角蛋白结构(8)形成的包装状缠结组成，所述角蛋白结构具有三维不规则取向并且在所有三个维度上随机分布，因此填料(7)的吸收性能和运用得到了提高，在所述装置(1)的使用状态下，所述角蛋白结构由入口和出口(5、6)之间的闭合的容器边缘(9)包围，并且以流体密封的方式抵靠所述容器边缘。

Description

用于清洁被油污染的流体的装置
技术领域
根据主权利要求的上位部分(generic part)，本发明涉及一种用于清洁被油污染的流体的装置。
背景技术
这种装置例如由DE 86 32 198 U1已知。
其中公开的装置包括具有流体入口和出口的容器。在入口和出口之间，设置有吸油绳线填料。在使用状态下，流体流过填料。
DE 199 54 643 A1描述了由纤维蛋白质和微生物组成的可漂浮粘油剂的制备和应用。
DE 102 15 411 A1描述了一种用于分离和清洁冷凝物的方法和装置。它使用活性炭级来分离油，其中废水的样品被吸入活性炭级，并且通过与标准值比较来确定样品的浊度。
发明内容
本发明的目的是在以下方面改进上述类型，一方面，填料的吸收能力增加，并且另一方面，填料被设计成在饱和的情况下是可清除的，并且可以由常规的未使用的填料替换。
本发明通过主要权利要求的特征实现了该目的。
根据本发明，填料由角蛋白结构形成的包装状缠结组成，所述角蛋白结构具有三维不规则取向并且在所有三个维度上随机分布，在装置的使用状态下，所述角蛋白结构由入口和出口之间的闭合的容器边缘包围，并且适于以流体密封的方式抵靠所述容器边缘。
对于本发明至关重要的是角蛋白结构设置在周向闭合的容器内，并且污染的流体可以在其壁上流入。
该流入可以通过穿孔壁、通过入口管、通过污染流体的重力穿透或类似方法实现。
清洁流体的流出也可以通过管道、通过可渗透壁或通过重力排出来实现。
由于在容器中的填料内仅通过重力就能清洁被油污染的水，从而将油留在该容器中，因此本发明的该实施方案可以利用特别是油漂浮在水面上的事实，将根据本发明的填料提供在流体可渗透的结构(诸如织物、穿孔容器等)中是完全可行的。。
这种结构也可毫无困难地漂浮在水面上，因此角蛋白结构与油的浸渍(impregnation)在没有其它干预(further intervention)的情况下将自行进行。
角蛋白结构，例如由动物或人的毛发形成的那些天然纤维蛋白，由于它们的结构而具有高的油结合能力，可以这样解释：这种结构一方面具有外部的、鳞片状的结构并且另一方面在内芯上具有大量的微观小纤维束(微纤维)，由此在这样的角蛋白结构内形成许多微小的间隙，油可以通过毛细效应渗入其中并保留在其中。
本发明认识到，当这种角蛋白结构在包装状缠结内互相紧密缠绕在一起形成附聚物时，促进了这种角蛋白结构的毛细效应。根据本发明，由于角蛋白结构的三维不规则取向以及在所有三个维度上的随机分布，因此形成了这种缠结或附聚物。然而，同时，由此确保了角蛋白结构之间的内聚力，使得它们实际上位于包装中，以包装的形式插入到容器中，并且还可以在常规的使用之后容易地以包装的形式从容器中移除，以将新鲜的，没有被油饱和的角蛋白结构以包装的形式替换。还可以更换容器，然后处理更换的容器以便重复使用。
还可知，所使用的角蛋白结构，尤其是毛发，将吸收至饱和并因此在直径方向上增长(grow)，导致包装状缠结中的自由横截面积变小，从而过滤时间随着更多的通过而增加。
优选地，填料由单个包装形成，使得填料可作为单独的吸收单元，该吸收单元可嵌入容器的预定容纳空间。采用这种措施，根据本发明的装置可以构造成例如用于容易地以低成本自动更换相应的填料，因为在这种情况下仅需要考虑一个吸收单元与后续的吸收单元的替换。这具有的优点是，对于连续地供应到该装置并根据本发明的待清洁的流体确保至少一个准连续(quasicontinuous)的清洁过程。
作为根据本发明的装置的可能实施例，本发明提出，只要第一吸收单元表现出预定的含油饱和度，存在于容纳空间中的相应的第一吸收单元从容器的容纳空间中通过分配给容器的更换装置可以自动地与相应的第二吸收单元进行更换。吸收单元的饱和度可以例如通过连接到容器或出口的光学识别装置自动确定。识别装置可以例如与PLC(可编程逻辑控制器)连接，PLC通过与更换装置的连接控制吸收单元的自动更换，并且可选地通过在更换期间控制入口或出口中的相应阀门来中断流体连续的流入或流出。优选地，在更换发生之后，相应的第一吸收单元通过运输装置自动地供应到收集点。
供应到收集点的每个吸收单元有利地由基本上充油或浸油的角蛋白结构构成，其可以在常规使用后加工成例如压块或颗粒，以生产或加工用于发电目的的压块或颗粒。在加工过程中，考虑到压块或颗粒的生产过程，可以首先将油饱和的角蛋白结构挤出或旋转，以获取留在角蛋白结构中的油的剩余部分(如果有的话)，然后，可以与角蛋白结构一起加工以形成压块或颗粒，其中可以想到在加工过程中使用粘合剂。
例如，更换装置由具有至少两个滚筒的类似旋转器的系统形成，这些滚筒以其各自的纵向轴线围绕共同的旋转轴线旋转。滚筒可具有圆柱形管状形状，其具有对应于入口的开口端，以及对应于出口的开口端，由此，当相应的第二吸收单元通过对应于入口的开口端被驱入管状形状时，第一吸收单元可通过第二吸收单元从对应于出口的开口端被驱出。由于填料或吸收单元的角蛋白结构被容器边缘包围，该容器边缘在此由滚筒壁提供，并且流体密封地配合到该容器边缘，因此支持了驱入和驱出。流体密封的装置还确保吸收的油不会从容器中泄漏，或者不能在入口和出口之间在侧面从清洁装置泄漏。当容器边缘或这里的滚筒壁优选地设计成是光滑的并且没有底切(undercuts)时，可以进一步促进驱出。
这种类似旋转器的系统具有以下优点：入口和出口之间的第一滚筒可以通过围绕在圆形路径上的旋转轴线旋转而移出，同时随后的填充了未使用的吸收单元的滚筒在位于入口和出口之间的圆形路径上直接接替，从而几乎没有延迟地确保流体的连续流入和清洁流体的连续流出。相应向外移出的滚筒被送入装载站，该装载站基本上包括用于自动供给未使用的吸收单元的传送带和装载活塞，以便用未使用的吸收单元重新填充。
吸收单元优选地通过具有捆包形式的角蛋白结构而形成，其具有与容纳空间的内部形状互补的外部形状。由于捆包形式，吸收单元可以通过如上所述的活塞容易地驱入到滚筒中，就像加农炮(cannon)中的粉末包装一样。
为了形成角蛋白结构的捆包形状，本发明提出使用网眼尺寸小于角蛋白结构的预定最小长度的网。网用于包裹角蛋白结构以将它们捆绑成捆包形状。网眼尺寸的限制确保角蛋白结构即使在捆包形状的边缘区域也保持在网内。
为了进一步提高根据本发明的填料的吸收能力，本发明提出角蛋白结构的缠结沿着入口和出口之间的流体的路径基本上均匀地压实，其中这种压实，使得角蛋白结构被油饱和之前，从流体中吸收至少6.5倍于其自身重量的油。优选地，为角蛋白结构提供天然纤维蛋白，例如来自地中海绵羊品种的羊毛。本发明发现，借助角蛋白结构的相应压实，在角蛋白结构被油饱和之前，这种材料甚至可以从流体中吸收至少12倍于其自身重量的油。
此外，本发明发现，如果将几种不同的含角蛋白的材料混合在一起形成填料，则可以积极地影响填料的吸收能力。例如，来自不同种类的鸟类的羽毛以及绒毛和/或来自不同种类的野兽的动物毛发可以形成用于填料的基本材料，由此可以分别组成角蛋白结构的填料。因此，例如与羊毛混合加工的鹅毛形成填料。为了形成填料，可以加工羽毛以脱离羽杆。
此外，可以想到，用于填料的至少一种基础材料由含角蛋白的天然材料构成，例如皮革和/或含有角蛋白的角质层组分的皮肤。此外，可以想象利用这种含角蛋白的天然材料，例如皮革，有角质层组分的皮肤，还有毛皮，皮毛甚至手指和脚趾甲，爪，蹄，角，刺，鲸骨，喙，角质鳞片等，例如通过化学处理从中获得蛋白质氨基酸，以形成根据本发明的填料的基础材料。为此目的，首先用酸(例如盐酸)水解这些含角蛋白的天然物质可能是有利的，因为它们在水中不溶，并且例如用氨中和水解产物以获得用于形成填料的基本材料的氨基酸。
在没有离开根据本发明的装置的技术领域的情况下，这里可以提及的是，上述一种或多种基本材料组合到根据本发明的填料中，可以完全适合于，将由此根据本发明形成的填料作为例如过滤器和/或绝缘材料使用。例如作为汽车的细尘过滤器，尤其是具有柴油发动机的汽车、烟囱、作为隔音或隔热的壁炉。
取决于不同角蛋白结构的材料组成，当角蛋白结构相应地压实时，在角蛋白结构被油饱和之前，甚至可以从流体中吸收至少16倍到至少28倍于其自身重量的油。从实验中可以看出，特别是当使用鹅毛时，可以实现上述吸收能力值范围。
该数据在角蛋白结构以其天然长度和直径存在的条件下实现。
然而，将角蛋白结构切割/剁成或多或少均匀的长度也是有意义的，使得粉碎的角蛋白结构的堆积密度变得相当高。由此可以容易地得出结论，这种粉碎的角蛋白结构的吸收能力在它们被油饱和之前可以高于其自身重量的28倍。
如果需要，以通过实验找出这些角蛋白结构的最佳长度，通过确定角蛋白结构的各个包装的吸收能力作为角蛋白结构的相应长度的函数以及必要时还通过微分确定在数学上的最大值。
根据本发明的装置可以以固定或移动地使用。
在固定模式中，该装置可以在车间中被操作用于油分离，例如，以便将水和/或防冻剂，例如乙二醇，与油污染物分离。在此也可以想到该装置例如用于清洁受油污染的甘油。
本发明的一个实施例可以包括将该装置结合在加油站、车间和/或道路等的管道系统中。例如，可以将对应于管道盖的收集篮转换成根据本发明的装置。这种篮子可以设计为装置的容器，这通过具有用于流入的上侧开口，该开口可以由闭合的篮子边缘或容器边缘的上侧形成，角蛋白结构流体密封地抵靠在其上，以及设计成用于筛子式排水的底部，篮子边缘或容器边缘的下侧连接到该底部。
在移动模式中，该装置可以用于例如公海船舶。其中该装置可以安装在船舶中，以便特别是在油灾中，就地以连续的过程吸收受油污染的海水，根据本发明在一个或多个阶段中对其进行清洁，并且将清洁后的水注入大海。本发明中的“多级清洁”是指所供应的流体多次通过同一装置，或者流体通过如级联的那样串联连接的多个根据本发明的装置。
此外，该装置还可以设计为移动的，使得它可以由前端具有相应入口的船舶而引导，使其通过漂浮在海上的油田，在这种情况下，装置的容器可以通过如上所述的网以特别简单的方式形成，其具有对应于入口的前侧和对应于出口的后侧，其中填料可以像三明治一样夹在两侧中间，并且其中前侧和后侧在它们各自的边缘区域处通过封闭的网边缘连接，该闭合的网边缘在此处代表容器边缘，以便避免填料特别是在侧面的横向方向上泄漏。由于填料是根据本发明的附聚物的形式，所以前侧可以具有用于用填料填充网的开口，该开口可以在常规使用时保持打开，因为角蛋白结构的附聚力由于其三维不规则分布而得到保证。此外，根据本发明的附聚物中的角蛋白结构的附聚力确保它们可以在其常规使用后，以包装的形式并且能够直接清除地从网中去除。
网边缘或容器边缘可以构造为窄带并且仍然可以使用牵引绳索固定。特别地，闭合的网边缘或容器边缘适合于固定浮体，或者也可以根据需要构造为浮体本身。
附图说明
在下文中，通过实施例进一步说明本发明。
这里：
图1示出了根据本发明的装置的功能性描述；
图2示出了移动使用下的示范性示例中的根据本发明的装置；
图3a示出了本发明的应用示例；
图3b以剖面图示出了根据图3a的应用示例；
图3c示出了本发明的另一个应用示例。
具体实施方式
在下文中，除非另有说明，否则以下描述始终适用于所有附图。
图1、2和3b分别示出了根据本发明的用于清洁被油2污染的流体3的装置1的实例。
图1以示意图示出了根据本发明的装置1，其中根据本发明的清洁方法以示例性、自动化的实施变型示出。
特别地，图2示出了本发明的具体应用情况，这里的装置1示出为在移动使用的情况下。这里，装置1安装在一个公海船舶23中，该公海船舶23吸收漂浮在海水上的油2，该油2在这里被屏障19包围，并与海水一起被吸取，作为通过装置1清除了油2的排水再循环到海水中。为了简化表示，装置1在此仅以其非自动化的基本原理表示，其中优选地在船舶23内部采用根据图1实施的自动化的装置1，其中还可能的是，将其再循环到海水中之前，可以分几个阶段清洁供应给装置1的流体3。
图1和2和3b示出，根据本发明的装置1包括容器4，其具有用于相应流体3的入口和出口5、6。在入口和出口5、6之间，在容器4中提供由吸收油2的材料制成的填料7，在装置1的通常的使用状态中，被油2污染的流体3可以流过该材料。
根据本发明，由于填料7由具有三维不规则取向并且在所有三个维度上随机分布的角蛋白结构8形成的包装状缠结组成，因此填料7相对于其在容器4内的放置，提高了吸收性能和运用。角蛋白结构8的不规则分布尤其表示在图1和图3b中的详细视图I中。
此外，图1和图3b特别示出了在装置1的使用状态中角蛋白结构8被入口和出口5、6之间的闭合的容器边缘9包围并且以流体密封的方式抵靠所述容器边缘。
填料7由单独的吸收单元11形成，该吸收单元可嵌入容器4的预定容纳空间10中。
在图2所示的实施例中，吸收单元11可以从上方插入漏斗形容器4中，为此目的它具有与容器4的内部形状互补的外部形状。
然而，安装在船舶23内的装置1也可以自动操作。因此，图1示出了存在于容纳空间10中的相应的第一吸收单元11从容器4的容纳空间10中通过分配给容器4的更换装置12可以自动地与相应接替的第二吸收单元11进行更换。
在此，更换装置12由具有至少两个滚筒15的类似旋转器的系统形成，在每个滚筒中可以嵌入吸收单元11。滚筒15用作容器4并具有直的圆柱形管状形状。每个滚筒15具有纵向轴线24，通过该纵向轴线24，它们围绕共同的旋转轴线25在共同的圆形路径26上旋转，其中在通常的使用状态下，左侧的相应的滚筒15被操作用于吸入流体3。为此目的，具有吸收单元11的左侧的滚筒15接合在入口和出口5、6之间。
右侧的滚筒15设置在活塞缸18下方并且具有分配给入口5的开口27。活塞缸18用于从右侧的滚筒15中释放相应的油饱和吸收单元11并用未使用的吸收单元11更换它。为此目的，未使用的吸收单元通过运输装置17自动供给活塞缸18。活塞缸18用作装载站并通过其延伸的活塞将未使用的吸收单元11驱动到右侧的滚筒15的容纳空间10中，而未使用的吸收单元11，当它被驱入时，通过对应于出口6的滚筒开口28驱出右侧的滚筒15下方所示的油饱和吸收单元11，并将其输送到运输装置13，其可以将各个使用过的、用油2饱和的吸收单元11供给到收集点14。
为了容易地将相应的吸收单元11驱入和驱出，角蛋白结构8形成为捆包的形状，其外形被设计成与容纳空间10的这里是管状的内部形状互补的外部形状。为了形成角蛋白结构8的捆包形式，使用网16，角蛋白结构8被包裹并压实在一起。网16的网眼尺寸小于角蛋白结构8的预定最小长度。
一旦左侧的滚筒的吸收单元11被油饱和，它就在圆形路径26上朝向活塞缸18自动移动，而在圆形路径26上接替的滚筒15立即取代它的位置。优选地，在圆形路径26上设置多于两个滚筒15，尤其是为了在连续操作的情况下增加装置1的操作可靠性。可以想到的是，这种滚筒15先后排列在预定路径长度的闭合曲线路径上移动，其中一个或多个滚筒15在一个装载站内同时装载了吸收单元11，而一个或甚至更多的滚筒15在一个操作站内按规定操作。
这种复杂的系统可以容易地安装在大型公海船舶上，例如货船，用于在水体上移动使用，例如在油灾中使用。如上所述，图2特别示出了一种情况，吸盘22将油灾之后浮在流体3-这里是海水-上，并被屏障19包围的油2与流体3一起通过泵20吸取并供给入口5。根据本发明清洁的流体3通过出口6排出。出口6包括观察镜21，通过该观察镜可以光学地监视流体3的状态。
可以想到复杂的、建造在船舶23内的装置1的替代或补充，其中装置1也是可漂浮在海水上的屏障19的一部分，包括至少一个用于接收根据本发明的角蛋白结构8组成的填料7的容纳空间，分别面向漂浮在海水上的油2的入口5，分别背向漂浮在海水上的油2的出口6，以及在入口和出口之间周向布置的阻挡边缘，在这种情况下，该阻挡边缘就是由此形成的装置1的容器边缘9并且确保，通过本发明的角蛋白结构的流体密封装置，存在于装置1内、在入口和出口5、6之间的油2不会泄漏到外面。为了形成屏障19，可以使用如上所述的网16来形成屏障19的容器3，以及由此用于填料7的容纳空间。
沿着相应入口和出口5、6之间的流体3的路径，角蛋白结构8的缠结基本上均匀地压实，其中压实如此之高，以至于在发生角蛋白结构饱和之前，角蛋白结构从流体3吸收自身重量的至少6.5倍的油2。优选地，来自羊毛、毛发或羽毛的天然纤维蛋白质用于形成角蛋白结构8。例如，可以使用来自地中海国家的绵羊品种的羊毛和/或鹅毛。因此，可以实现角蛋白结构的压实如此之高，以至于它们在发生角蛋白结构8饱和之前，从流体3吸收其自身重量的至少12倍到甚至28倍的油2。
特别是图3a，b和c表明，根据本发明的装置1可以结合在管道或排出设备29中。因此，图3a结合图3b示出了装置1可以是设置在道路30中的雨水口的一部分。图3b示出了雨水口具有实施为根据本发明的容器4的收集篮。收集篮或容器4具有容器边缘9，角蛋白结构8与容器边缘流体密封地配合。容器在顶部开口并由盖子31覆盖，盖子31具有用于流体3的入口5的开口。当盖子31打开时，由于角蛋白结构根据本发明的内聚力，容器4在其饱和后可以容易地自主地释放，以再填充新鲜的、未饱和的角蛋白结构。容器的底部具有筛状设计，以形成用于流体3的出口6。图3c示出了车间的地板32，其中嵌入了具有筛状底部的收集槽，该收集槽设置为根据本发明的装置1并且由筛状或网状的盖子31覆盖。
无论如何，本发明提供了几乎无限的可能应用潜力。特别地，当根据本发明的填料以流体可渗透的小包，袋子或其它织物提供时，完全可以吸收存在于地面上的油，例如在道路上，在管道区域中，在炼油厂区域中，并以最生态的方式处理它。
到目前为止的实验已经表明，根据本发明的收集装置，包括浮动收集装置，可以非常有效地用于使港口区域免于漂浮的油膜，或者使车辆领域中的含油材料的吸收显著地起作用。
此外，可以挽救被油浸羽毛的海鸟，因为根据本发明的填料材料中羽毛中的油的亲和力高于对也用水浸泡的羽毛的亲和力。
参考符号列表
1 装置
2 油
3 流体
4 容器
5 入口
6 出口
7 填料
8 角蛋白结构
9 容器边缘
10 容纳空间
11 吸收单元
12 更换装置
13 运输装置
14 收集点
15 滚筒
16 网
17 运输装置
18 活塞缸
19 屏障
20 泵
21 观察镜
22 吸盘
23 船舶
24 纵向轴线
25 旋转轴线
26 圆形路径
27 开口(5)
28 开口(6)
29 管道设备
30 道路
31 盖子
32 地板

Claims (9)

1.一种用于清洁被油（2）污染的流体（3）的装置（1），包括容器（4），所述容器（4）具有用于污染的流体（3）的入口（5）和用于清洁后的流体的出口（6），其中所述容器（4）包含能够吸收油（2）的材料的填料（7），污染的流体（3）可以在所述装置（1）的常规使用状态下流过该材料，从而留下污染物，其特征在于，所述填料（7）由角蛋白结构（8）的包装状缠结形成，所述角蛋白结构具有三维不规则取向并且在所有三个维度上随机分布，在所述装置（1）的使用状态下，所述角蛋白结构由入口（5）和出口（6）之间的闭合的容器边缘（9）包围，并且以流体密封的方式抵靠所述容器边缘；
所述角蛋白结构（8）的缠结沿着入口（5）和出口（6）之间的所述流体（3）的路径基本上均匀地压实，其中所述压实使得所述角蛋白结构（8）被油（2）饱和之前，所述角蛋白结构（8）从所述流体（3）中吸收至少 6.5 倍于其自身重量的油（2）；
所述填料（7）由单独的吸收单元（11）形成，所述吸收单元（11）可嵌入所述容器（4）的预定的容纳空间（10）中；
存在于所述容纳空间（10）中的相应的第一吸收单元（11）从所述容器（4）的所述容纳空间（10）中通过分配给所述容器（4）的更换装置（12）可以自动地与相应的第二吸收单元（11）进行更换；
其中，只要当所述第一吸收单元（11）表现出预定的含油饱和度时，就进行所述更换，所述吸收单元（11）的饱和度可以通过连接到所述容器（4）或所述出口（6）的光学识别装置自动确定；
其中，所述识别装置与可编程逻辑控制器连接，所述可编程逻辑控制器通过与所述更换装置（12）的连接控制所述吸收单元（11）的自动更换，并且可选地通过在更换期间控制所述入口或所述出口中的相应阀门来中断所述流体连续的流入或流出；
其中，在更换发生之后，所述相应的第一吸收单元（11）通过运输装置（13）自动地供应到收集点（14）。
2.根据权利要求 1 所述的装置（1），其特征在于，所述更换装置（12）由具有至少两个滚筒（15）的类似旋转器的系统形成，其中在每个滚筒（15）中可嵌入一个吸收单元（11）。
3.根据权利要求 1 所述的装置（1），其特征在于，所述吸收单元（11）通过具有捆包形式的角蛋白结构（8）而形成，其具有与所述容纳空间（10）的内部形状互补的外部形状。
4.根据权利要求 3 所述的装置（1），其特征在于，网（16）用于形成所述角蛋白结构（8）的捆包形式，所述网（16）的网眼尺寸小于所述角蛋白结构的预定最小长度。
5.根据权利要求 1 所述的装置（1），其特征在于，所述角蛋白结构（8）的压实使得所述角蛋白结构（8）被油（2）饱和之前，所述角蛋白结构（8）从所述流体（3）中吸收至少 12 倍于其自身重量的油（2）。
6.根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述角蛋白结构（8）由天然纤维蛋白形成。
7.根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）是移动的。
8.根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）结合在用于清洁海水和淡水的固定流水线中。
9.根据权利要求 1 至5 中任一项所述的装置（1）用于制备由浸油角蛋白结构（8）组成的可燃能量载体的用途。
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