DE3046278C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Abscheidung von Öl aus Wasser durch Bildung grober Partikel aus dem Ölgehalt des Wassers.

Es sind verschiedene Verfahren zur Abscheidung von Öl aus ölhaltigem Wasser bekannt. Diese Verfahren umfassen z. B. die Schwerkraftabscheidung, Filterung, Absorption, Kohäsionsdisposition, belüftete Schwimmabscheidung, die mikrobiologische, elektrolytische oder physikalisch-chemische Abscheidung sowie die Bildung grober Partikel.

Die Schwerkraftabscheidung kann nur bei groben Ölpartikeln eingesetzt werden und eignet sich nicht für die Abscheidung fein zerteilten Öls, während sich bei der Filterung leicht eine Verstopfung ergibt und große Anlagen für einen Rück­ spül- oder Kreisprozeß erforderlich sind, bei dem ebenfalls die Verhinderung eines völligen Verstopfens schwierig ist. Die belüftete Schwimmabscheidung erfordert auch eine große Anlage und erlaubt nicht die Abscheidung fein zerteilten Öls. Der mikrobiologische Prozeß erfordert eine große An­ lage und eine lange Bearbeitungszeit. Das elektrolytische oder physikalisch-chemische Verfahren ist mit einer Sekundärverabeitung verbunden und führt daher zu Problemen größerer Installationen und komplzierter Verarbeitung. Das normale Verfahren mit Bildung großer Partikel ist an sich ideal, eignet sich aber nicht für den Fall emulgierter Partikel mit Abmessungen im Bereich unter 10 µm, es sei denn bei Einsatz einer Präzisionsfilterung oder Ultra­ filterung. Die Ultrafilterung kann nur in speziellen Fällen eingesetzt werden, da sie eine große Anlage erfordert, die teuer ist und hohe Betriebskosten verursacht. Ein Absorptionsmittel erfordert abhängig von seiner lipo­ philen Natur hohe Kosten und menschliche Ar­ beitskraft zum Austausch des Absorptionsmittels, wenn es infolge seiner Absorptionsgrenze einen Sättigungspunkt erreicht hat. Der Ölfilm ist der Hauptnachteil im Fall einer hohen Ölkonzentration und hochviskosen Öls. Die Möglichkeit, ein Absorptions­ mittel zur Bildung grober Partikel aus Ölpartikeln kleiner als 10 µm zu verwenden, besteht nicht, so daß sich dieses Verfahren nicht für die Abscheidung emulgierten Materials eignet. Eine praktisch einsetzbare, kleine Anlage zur wirtschaftlichen Durchführung der Abscheidung durch Bildung grober Partikel im Bereich des Ölgehalts mit Partikeln kleiner als 10 µm ist daher gegenwärtig nicht erhältlich.

In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der DE-AS 26 29 490 ein Verfahren zum Abscheiden von Öl aus Wasser bekannt, bei dem das ölhaltige Wasser durch verschiedenen Faserschichten aus organischen, hydrophilen Fasern geleitet wird, von denen die erste relativ große Zwischenräume zwischen den Fasern und die folgenden jeweils kleinere Zwischenräume aufweisen. Wenn auch durch diesen Aufbau ein frühzeitiges Verstopfen der Faserpackun­ gen vermieden werden kann, ist früher oder später doch ein Austausch der Faserpackungen notwendig, da sie sich mit festen Bestandteilen zugesetzt haben. Dies macht Betriebsunterbrechungen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Öl aus Wasser mit Hilfe eines Koaleszenzelementes bereitzustellen, das bzw. die eine wirksamere Bildung von groben Ölpartikeln an dem Koaleszenzelement und mithin eine wirksamere Abscheidung von Öl gestatten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Erfindungsgemäß kann ein Ölgehalt hoher Konzentration und/oder Viskosität oder ein Ölgehalt in emulgierter Form dadurch wirksam abgeschieden werden, daß das ölhaltige Wasser durch ein Koaleszenzelement aus porösem Material geleitet wird, auf dessen Oberfläche eine die Trennung von Öl und Wasser bewirkende Schicht vorgesehen ist, die hauptsächlich aus einer wasserunlöslichen, wasserhaltigen Gelschicht besteht, die ölbeständig und ölabstoßend sowie wasserdurchlässig und wasserabsorbierend ist. Dabei kann die Flußrichtung wechsel­ weise geändert werden, und es können Anlagenteile hinzu­ gefügt werden, die eine Anpassung an die verschiedenen Zu­ stände wie hochkonzentriertes oder hochviskoses Öl oder emulgiertes Öl erlauben, um die Grobpartikelbildung von Öl im Zustand von Partikeln kleiner als 10 µm praktisch durchführbar zu machen.

Die Erfindung ermöglicht die Abscheidung eines Ölgehalts mit einer Partikelgröße unter 10 µm, wofür bereits seit langem ein Bedarf bestand. Damit wird der Forderung nach 15 ppm Genüge getan, die entsprechend der IMCO Konvention auf der Basis des Sea Polution Prevention Acts für die Schiffahrt bei Gebrauch eines Öl-Wasserabscheiders an Bord aufgestellt ist.

Bei der Grobpartikelbildung wird ein Koaleszenzelement aus einem speziellen porösen Material eingesetzt. Es ist wichtig, daß auf der Ober­ fläche des porösen Materials und/oder der Oberfläche des von der Flüssigkeit durchströmten Kanals eine Schicht aus wasserunlöslichem, wasserhaltigem Gel gebildet wird, die mit dem ölhaltigen Wasser in Berührung kommt. Beispiels­ weise können verschiedene Arten von Kunstfasern, anorgani­ schen Fasern, Naturfasern, Naturpulpe, synthetischer Pulpe zur Bildung des porösen Materials, auf dem eine spezielle wasserunlösliche, wasserhaltige Gelschicht erzeugt wird, verwendet werden.

Die verschiedenen Arten der wasserunlöslichen, wasser­ haltigen Gele und Verfahren zu deren Herstellung unter­ liegen keiner besonderen Beschränkung und können aus ei­ nem großen Gebiet ausgewählt werden. Als Beispiele für Verfahren zur Herstellung der wasserhaltigen Gele können die folgenden genannt werden:

• (1) Es wird eine wäßrige Lösung einer geeigneten Mi­ schung aus einem wasserlöslichen Monomeren, wie Acryl­ amid, Calciumacrylat oder Natrium­ acrylat mit Methylenbisacrylamid oder N-Methylolacryl­ amid unter Zusatz eines Polymerisationskatalysators, wie Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat, Kaliumpersul­ fat oder Wasserstoffperoxid, und eines Katalysators, wie Ammoniumchlorid oder Ammoniumphosphat, hergestellt und z. B. durch Eintauchen, Bestrei­ chen, Sprühen auf einer porösen Platte oder Folie zum Haften gebracht, wobei sich nach dem Trocknen bei einer geeigneten Temperatur von etwa 80 bis 110°C ein wasserunlösliches, wasserhaltiges Gel bildet.
• (2) Es wird eine wäßrige Lösung eines Materials mit ei­ ner positiven (+) Ladung (Verbindungen mit einer kationischen Ladung, wie eine Pyridiniumgruppe oder eine quartäre Ammoniumgruppe) zu einer wäßrigen Lö­ sung eines Materials mit einer negativen (-) Ladung (Verbindungen mit einer anionischen Ladung, wie die Carboxylgruppe oder die Sulfongruppe) hinzugefügt und dieses Material so auf eine poröse Platte oder eine Folie aufgetragen, daß es an ihr haftet, wobei eine ionische Verbindung auf und/oder im Inneren der porösen Platte oder Folie unter Bildung einer gelför­ migen Verbindung zustande kommt durch die Kupplungs­ reaktion eines wasserlöslichen Polymeren, wie Carb­ oxymethylcellulose, Polyphosphat, Polyphosphorsäure­ salze oder Natriumpolyacrylat mit einem mehrwertigen metallischen Salz, wie Magnesiumsulfat oder Kalzium­ chlorid, wobei zunächst eine wäßrige Lösung des mehr­ wertigen metallischen Salzes durch Eintauchen, Auf­ streichen, Sprühen aufgetragen und dann eine wäßrige Lösung der obenerwähnten, eine metallische Bindung ausbildenden, wasserlöslichen, polymeren Verbindung hinzugefügt wird, wobei sich durch die Vermittlung der mehrwertigen, metallischen Ionen eine Gelverbindung ausbildet.
• (3) Ein natürliches oder synthetisches hydrophiles Poly­ meres wird wasserunlöslich gemacht, ohne daß es seine wasserabsorbierenden Eigenschaften verliert, das heißt, eine poröse Platte oder eine Folie wird vorher mit einem eine Bindung ausbildenden Mittel, wie Chromalaun, Kaliumalaun, Formalin, Zinkchlorid, Borsäure, Magnesiumchlorid behandelt, und es bildet sich durch die chemische Bindung eine Gelverbindung, indem man ein Gelantinierungsmittel, wie Gelantine, Polyvinylalkohol, Alginsäure, Mannan oder eine Celluloseverbindung hinzugibt.
• (4) Es wird ein Material verwendet, das Wasser ab­ sorbiert und zu einem wasserunlöslichen, wasser­ haltigen Gel quillt, beispielsweise wird ein eine Bindung ausbildendes Mittel (organisch, in einem Lösungsmittel löslich) für Polyäthylenoxid auf eine poröse Platte oder Folie durch Eintauchen, Streichen oder Sprühen aufgetragen oder es kann auch eine Carboxymethylcellulose mit geringer Verdrängung oder Polyvinylfaser durch Mischspinnen oder Mischweben hinzugeführt werden.

Es kann jegliches Material, das aus­ reichende Eigenschaften hat, um es als Filter zu verwen­ den, das heißt ein Material mit Eigenschaften wie Wasser­ durchlässigkeit, Wasserbeständigkeit, Druckbeständigkeit und Dauerhaftigkeit, ohne irgendeine Beschränkung für den vorliegenden Zweck angepaßt werden. Beispielsweise können Platten, nicht gewebte Stoffe, Papier oder Schaumplatten verwendet werden. Nicht gewebte Materialien, wie Papier oder nicht gewebte Stoffe, die hauptsächlich aus Cellulo­ sefasern, wie Baumwolle, Reyon oder Acetylcellulose be­ stehen, werden eingesetzt, nachdem man ihnen Eigenschaf­ ten wie Wasserbeständigkeit, Druckbeständigkeit, Dauer­ haftigkeit, durch die in der Office Gazette Nr. 659 628 beschriebenen Verstärkungsbehandlungen verliehen hat. Eine poröse Platte aus gewebtem Stoff, wie Filtrier­ tuch, muß diesem Verfahren nicht unterzogen werden, da dieses Material selbst bereits die für Filterzwecke er­ forderlichen Eigenschaften, wie Wasserbeständigkeit, Druckbeständigkeit, aufweist, jedoch ist auch bei ihnen das Verstärkungsverfahren anwendbar. Weiterhin kann eine poröse Platte aus nicht gewebtem Material auch herge­ stellt werden durch Vermischen von heißschmelzender, syn­ thetischer Pulpe (Polyolefin, Nylon Polystyrol) und Anhaften der synthetischen Pulpe durch einen Wärme­ prozeß oder durch Auftragung einer eine Bindung ausbil­ denden Verbindung, wie eines Harnstoff-Formalin-Konden­ sationsproduktes, Melamin-Formalin-Kondensationsproduk­ tes, einer Epichlorhydrinverbindung, einer Methylolver­ bindung, wie Vinylsulfon, auf die poröse Platte durch Bürsten, Eintauchen, Sprühen, so daß die Fil­ terwirksamkeit nicht verlorengeht.

Andererseits kann die poröse Platte aus synthetischem Fasermaterial bestehen, wie bei­ spielsweise aus Polyäthylen, Polypropylen, Phenolharz­ fasern, Polyester, Polyamid oder aus anorganischen Fasern, wie Glasfaser, keramische Faser, Asbest oder einem Ver­ bundmaterial aus derartigen verschiedenen Fasermischungen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Fixierverfahren verwendet, so daß die spezielle was­ serabsorbierende Gelschicht nicht von der porösen Platte abgelöst wird. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines Kationsfixierungsmittels erfolgen, wie beispielswei­ se Polyäthylenimin, Epichlohydrin, Polyamin, Dicyandi­ amido-Formalinkondensationsprodukt, oder eines Anion­ fixierungsmittels, wie dem eines Harnstoff-Formalinkon­ densationsproduktes, eines Melamin-Formalin-Kondensations­ produktes, wobei diese in Abhängigkeit von der Art der porösen Platte auf geeignete Weise ausgewählt werden. Man trägt diese auf die poröse Platte auf durch Bürsten, Eintauchen oder Sprühen, nachdem man die wasserabsorbie­ rende Gelschicht ausgebildet hat, so daß es an der was­ serabsorbierenden Gelschicht anhaftet oder mit ihr ver­ mischt wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erscheint es wünschenswert ein weiteres Verfahren zur Erhöhung und Aufrechterhaltung der Ölabscheidungswirksamkeit, wie der Ölabweisungswirksamkeit, Grobpartikelbil­ dungswirksamkeit und auch der Bildung des wasser­ absorbierenden Geles zur Verfügung zu stellen.

Beispielsweise wird ein lipophiles Mittel, wie eine Fluorverbindung oder eine Chromfluorverbindung, ein lipophiles Mittel oder ein Ölsammelmittel, wie eine Stearinsäureverbindung, eine Verbindung auf Silikonbasis, eine Wachsverbindung, ein die Oberflächenspannung ernied­ rigendes Mittel oder ein Ölsammelmittel, wie ein höher­ wertiger Alkylalkohol oder ein Silikon-Alkylenoxid zu der wasserunlöslichen, wasserhaltigen Gelschicht hinzugefügt oder die poröse Platte oder Folie mit einem solchen wirksamen Mittel durch Bürsten, Eintauchen oder Sprühen vor oder nach der Bildung des wasserabsorbierenden Geles behandelt. Die poröse Platte oder Folie kann auch mit ei­ nem lipophilen Teil mit der wasserabsorbierenden Gel­ schickt formuliert werden. Beispielsweise kann die Öl­ abscheidungswirksamkeit durch Ölsammlung und -trennung durch Herstellung eines Filtermaterials ver­ bessert werden, indem man eine Mischherstellung oder ein Mischspinnen von Polyolefinfaser oder -pulpe der syn­ thetischer Faser oder Glasfasser vornimmt.

Der Aufbau des Elements führt zu Kompaktheit. Beispielsweise kann das poröse Material einfach mehrlagig angeordnet werden oder, was besonders vorteilhaft ist, es können Aufbauten mit vielen röhren­ artigen Kanälen gewählt werden, die durch Wellen­ formen aus Wellpappe oder ähnlicher Struktur aus dem porösen Material gebildet sind. Es zeigt

Fig. 1 eine allgemeine Darstellung eines auf dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren beruhenden Verarbeitungs­ systems für ölhaltiges Wasser,

Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht einer Absaugeinrichtung,

Fig. 3 eine Vertikalschnittansicht der Vorrichtung,

Fig. 4 eine Horizontalschnittansicht der Vorrichtung von Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des eingesetzten Elements zur Grobpartikelbildung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf das Element von Fig. 5 zur Erläuterung der Endverschlüsse,

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Element von Fig. 5 zur Erläuterung des Durchflusses des ölhaltigen Wassers,

Fig. 8 eine Vertikalschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Er­ findung,

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 10A, 10B und 10C Ansichten zur Erläuterung des Wachstums der sich als einzelnen Ölpartikeln zusammensetzenden groben Topfen bis zur Bildung eines größeren Ölklumpens in dem ölhaltigen Wasser unter Einfluß des Elements.

Fig. 1 zeigt eine allgemeine Übersicht einer Ausführungs­ form der Erfindung, wobei mit 1 ein Bohr- oder Schmutz­ wassertank bezeichnet ist, der ölhaltiges Wasser 2 ent­ hält. Das ölhaltige Wasser 2 wird mit Hilfe einer Absaug­ einrichtung 3 abgezogen. Der Aufbau der Absaugeinrichtung 3 ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Einrichtung enthält einen äußeren Zylinder 5, an dessen Boden ein Abflußrohr 4 angesschlossen ist und der an geeigneter Stelle im Schmutzwassertank 1 befestigt ist. Innerhalb dieses äußeren Zylinders 5 befindet sich ein Wehr-Zylinder 7 mit einem Schwimmer 6, der im äußeren Zylinder 5 vertikal frei beweglich ist. Der obere Rand des Zylinders 7 kann eben ausgebildet sein, bevorzugt ist jedoch eine in Fig. 2 mit 8 bezeichnete unebene Kante, die wie eine Säge ausgebildet ist oder Einschnitte aufweist. Die Ab­ saugeinrichtung 3 ermöglicht eine automatische Absorption der hohen Ölkonzentration an der Oberfläche des ölhaltigen Wassers 2 im Schmutzwassertank 1. Der Aufbau der Absaug­ einrichtung 3 läßt es zu, daß das ölhaltige Wasser 2 vom oberen Ende des Zylinders 7 her einfließt, der sich infolge des Schwimmers 6 entsprechend den Änderungen der Höhe der Flüssigkeitsoberfläche bewegt.

Zweck der Absaugeinrichtung 3 ist es, die Saugöffnung entsprechend der Änderung der Flüssigkeitsoberfläche zu bewegen, so daß das ölhaltige Wasser kontinuierlich vom Oberflächenteil mit hoher Ölkonzentration eingesogen wird, weil sich der Flüssigkeitspegel des Schmutzwasser­ tanks um etwa 200 bis 300 mm nach oben und unten ändert, wenn zu waschende Gegenstände in den Schmutzwasserbehälter 1 eingelegt oder aus ihm entfernt werden.

Das Abflußrohr 4 der Absaugeinrichtung 3 geht außerhalb des Schmutzwassertanks 1 in eine Rohrleitung 9 über, die mit einem Sieb oder Filter 10 verbunden ist. Dieses Sieb dient hauptsächlich der Entfernung von Fremdkörpern im ölhaltigen Wasser. Für die Zwecke des Siebes oder Fil­ ters 10 kann ein bekanntes Produkt eingesetzt werden.

Das ölhaltige Wasser durchläuft nach dem Sieb 10 ein Rohr 11, eine Pumpe 12 und ein Rohr 13, um dann in einen vierstufigen Schwimmabscheidertank 44 einzutreten. Hier wird hochkonzentriertes und hochviskoses Öl entfernt. Es ist dafür zu sorgen, daß der Koaleszenzeffekt dieses vierstufigen Schwimmabscheidertanks so groß wie möglich ist. Das ölhaltige Wasser wird dann zum nächsten Anlage­ teil, nämlich der Grobpartikelbildungsvorrichtung 14 ge­ leitet. Das in dieser Vorrichtung gelangende ölhaltige Wasser weist bereits einen verminderten Ölgehalt auf, nachdem ein großer Teil des hochkonzentrierten und hoch­ viskosen Öls beim Durchlauf durch den vierstufigen Schwimmabscheidertank 44 entfernt wurde. Falls daher nicht im ölhaltigen Wasser hoch­ konzentriertes oder hochviskoses Öl vorhanden ist, kann der vierstufige Schwimmabscheidertank 44 entfallen und das ölhaltige Wasser von der Pumpe 12 direkt zur Grob­ partikelbildungsvorrichtung 14 geleitet werden.

Fig. 3 ist eine Längsschnittseitenansicht der Vorrichtung 14, die Fig. 4 in einer Querschnittsdraufsicht zeigt. Die Vorrichtung 14 besitzt einen Mittelboden 17 am unteren Ende eines zylindrischen Gehäuses 15 zur Bildung einer Durchflußkammer 18. In der Mitte des Mittelbodens 17 be­ findet sich eine Öffnung 19. Über dem Mittelboden 17 ist eine Elementkammer 20 ausgebildet, die das Element 21 zur Bildung grober Partikel aufnimmt. Dieses Element ent­ hält poröses Material 24, auf dem eine spezielle Schicht mit der Eigenschaft, Öl von Wasser zu trennen, ausgebildet ist, die ferner wasserdurchlässig und wasserabsorbierend ist. Der Aufbau des Elements 21 ist wie bei einem her­ kömmlichen Element. Das heißt um einen Zylinder 23, der in seiner Mitte mit vielen durchgehenden Löchern 22 ver­ sehen ist, ist das poröse Material 24 in Zickzackform an­ geordnet. Der Zylinder 23 befindet sich über der Öffnung 19 des Mittelbodens 17. Das obere Ende des Gehäuses 15 ist mit einem Deckel 16 verschlossen, der ein Element­ halter 25 zur Befestigung des Elements 21 trägt. Ein aus­ reiched weiter Raum ist um den Umfang und über dem Oberteil des Elements 21 vorgesehen.

Eine Zuflußrohrleitung 30 sowie zwei Zuflußzweigrohre 27a und 27b sind an ein Umschaltventil 26 angeschlossen, durch das wahlweise das eine oder andere Zuflußzweig­ rohr mit der Zuflußrohrleitung 30 verbunden werden kann. Das dem Umschaltventil 26 abgewandte Ende des Zuflußzweig­ rohres 27a ist am Gehäuse 15 befestigt und mündet in die Durchflußkammer 18, während das dem Umschaltventil 26 abgewandte Ende des Zuflußzweigrohres 27b, das ebenfalls am Gehäuse 15 befestigt ist, in die Elementkammer 20 mündet. Ein ähnlicher Aufbau ist an der Ausgangsseite vorgesehen, wo zwei Abflußzweigrohre 29a und 29b sowie eine Abflußrohrleitung 31 an ein Umschaltventil 28 ange­ schlossen sind, so daß wahlweise eines der Abflußzweig­ rohre 29a, 29b mit der Abflußrohrleitung 31 verbunden wer­ den kann. Das dem Umschaltventil 28 abgewandte Ende des Abflußzweigrohres 20a ist am Gehäuse 15 befestigt und mündet in die Elementkammer 20, während das entsprechende Ende des Abflußzweigrohres 29b, das ebenfalls am Gehäuse 15 befestigt ist, in die Durchflußkammer 18 mündet. Die Zuflußrohrleitung 30, die an das zuflußseitige Umschalt­ ventil 26 angeschlossen ist, kommt von der Pumpe 12 (bzw. dem Tank 44), während die an das abflußseitige Um­ schaltventil 28 angeschlossene Abflußrohrleitung 31 zu einem Schwimmabscheidertank 32 führt.

Abhängig von der Einstellung der Umschaltventile 26 und 28 fließt bei der Vorrichtung 14 das ölhaltige Wasser von der Zuflußrohrleitung 30 entweder über das Zuflußzweig­ rohr 27a oder das Zuflußzweigrohr 27b in die Vorrichtung 14 hinein. Die Flüssigkeit tritt nur dann aus dem oberen Abflußzweigrohr 29a aus, wenn der Zufluß über das andere Zuflußzweigrohr 27a erfolgt. Auf der anderen Seite fließt die Flüssigkeit aus dem unteren Abflußzweigrohr 29b nur dann aus, wenn der Zufluß über das obere Zuflußzweigrohr 27b erfolgt. In einem Zustand der Umschaltventile 26 und 28 tritt also das ölhaltige Wasser von dem unteren Zufluß­ zweigrohr 27a ein, fließt entsprechend dem ausgezogenen Pfeil von der Durchflußkammer 18 durch die Öffnung 19, weiter durch die Löcher 22 des Zylinders 23, durchsetzt das Material 24 und fließt dann durch das Abflußzweigrohr 29a zur Abflußrohrleitung 31 aus. Nach Umschalten der Um­ schaltventile 26 und 28 in den anderen Zustand tritt das ölhaltige Wasser vom Zuflußzweigrohr 27b her ein, fließt entsprechend der gestrichelten Pfeilmarkierung und durch­ setzt das Material 24 von außen her und tritt in den Zylinder 23 ein, durchfließt die Öffnung 19, die Durch­ flußkammer 18 und fließt über das untere Abflußzweigrohr 29b zur Rohrleitung 31 aus. Das bedeutet, daß man mit Hilfe der Umschaltventile 26 und 28 die Zufluß- und Ab­ flußstellen bei der Vorrichtung 14 ändern und die Rich­ tung, in welcher das ölhaltige Wasser das Element 21 durch­ setzt, umkehren kann.

Wenn das ölhaltige Wasser in die Vorrichtung 14 fließt und durch das Element 21 tritt, wird nicht nur der Ölgehalt, der zu groben Partikeln zusammengesetzt ist, festgehalten, sondern es wird auch das feinzerteilte und dispergierte Öl mit einer Teilchengröße unter 10 µm mit Sicherheit festgehalten und aufgrund der Öltrenneigen­ schaft, die auf der Wirkung des Elementmaterials 24 be­ ruht, gesammelt. Das gesammelte Öl wächst zu groben Ölpartikeln an, die schwimmen können und infolge dieser Schwimm­ eigenschaft sowie auch infolge der Ölabscheidungsfunktion der Gelschicht auf dem porösen Material 24 abgeschieden werden. Infolge des Durchdringens des Elements und infolge von dessen spezieller Eigenschaft wachsen darüber hinaus emulgierte Öltropfen, die man bislang als unmöglich ab­ zuscheiden betrachtet hat, von groben Partikeln zu groben Klumpen, die entfernt werden können.

Das auf diese Weise durch das Element 21 dringende öl­ haltige Wasser wird über das Abflußzweigrohr 29a oder 29b und die Abflußrohrleitung 31 als Wasser und grobe Ölpartikel in den Schwimmabscheidertank 32 der nächsten Stufe abgeführt.

Normalerweise enthält das ölhaltige Wasser viele Arten von Beimischungen (SS), etwa in Form einer Suspension, oder kleine Staubteile. Das Element wird daher während des Betriebs verstopfen und nur noch eine verminderte Wirkung haben. Bei vielen herkömmlichen Systemen wurde in solchem Fall die Anlage gestoppt und das Element ge­ waschen, um seine Funktionsfähigkeit wiederherzustellen. Dies führte zu einer erheblichen Verminderung der Pro­ duktivität. Bei der Erfindung wird dieser Nachteil ver­ mieden, so daß die Anlage trotz Reinigung des Elements unterbrechungslos arbeiten kann.

Wie bereits erwähnt, kann durch Betätigung der Umschalt­ ventile 26 und 28 der Zufluß zwischen den Zuflußzweig­ rohren 27a und 27b und der Abfluß zwischen den Abfluß­ zweigrohren 29a und 29b umgeschaltet werden. Die Betäti­ gung dieser Umschaltventile führt dazu, daß die Strömungs­ richtung des ölhaltigen Wassers umgekehrt wird, wie dies durch die ausgezogene Pfeilmarkierung und die gestrichelte Pfeilmarkierung in Fig. 3 dargestellt ist. Die Umkehr der Flußrichtung bewirkt, daß Beimischungen (SS), die an der der Strömungsrichtung abgewandten Fläche des porösen Materials 24 anhaften, entfernt werden. Darüber hinaus werden grobe Partikel und größere Öltropfen, die an dieser Oberfläche anhaften, ebenfalls durch diese Flußrichtungsumkehr entfernt und abgetrennt. Beide Seiten des Elements dienen in gleicher Weise zur Grobpartikel­ bildung und Vergrößerung von Öltropfen, unabhängig von der Flußrichtung des ölhaltigen Wassers.

Die Betätigung der Umschaltventile 26 und 28 kann jeweils nach einer bestimmten Zeit, nachdem sich eine bestimmte Menge angesammelt hat, oder infolge des Anstiegs des Speisewasserdrucks manuell erfolgen. Es ist aber auch möglich, die Umschaltventile durch Anschluß an einen Zeit­ geber, einen Durchsatzmesser oder einen Speisewasserdruck­ fühler automatisch umzuschalten. Bei der sogenannten Um­ kehrwaschung, die aufgrund der Umkehrung der Flußrichtung des ölhaltigen Wassers erfolgt, tritt wirksam eine Ent­ fernung der Ölpartikel vom Element auf. Ferner führt dies dazu, daß der Druckabfall an einem Element bei nur etwa 0,1 bar (10 kPa) liegt, was zu einem guten Wasserdurchdringungsgrad führt und Wasserzufuhr unter niedrigem Druck erlaubt.

Grundsätzlich gilt bei der Öl-Wasser-Trennung, daß mit zunehmendem Speisewasserdruck sich das Öl fein zerteilt und die Abscheidung durch Bildung grober Partikel verrin­ gert. Bei der Erfindung kann jedoch, wie oben angegeben, ein niedriger Druck verwendet und verhindert werden, daß sich das Öl fein zerteilt, so daß sich ein synergisti­ scher Effekt zur besseren Grobpartikelbildung von Öl­ partikeln ergibt.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen eine andere Ausführungsform des Elements und der Vorrichtung zur Grobpartikelbildung. In diesem Fall wird gemäß Darstellung in Fig. 5 ein Wellen­ aufbau aus Wellpappe mit vielen kleinen röhrenförmigen Kanälen als Element verwendet.

Dieses Element 21 ist dem Element 24 des vorangegangenen Beispiels ähnlich gestaltet. Ebene Pappen 40 und gewellte Pappen 41 sind abwechselnd angeordnet und bilden einen Schichtaufbau mit vielen kleinen röhrenförmigen Kanälen 42 zwischen einer ebenen Pappe und einer benachbarten ge­ wellten Patte. Die ebenen Pappen 40 und die gewellten Pappen 41 sind aus dem gleichen porösem Material herge­ stellt, das mit einer speziellen Ölabscheidungsbeschich­ tung versehen ist, die wasserdurchlässig und wasserabsor­ bierend ist. Wie aus den Fig. 6 und 8 ersichtlich, sind die jeweiligen dünnen röhrenförmigen Kanäle 42 entweder am oberen oder am unteren Ende mittels Stopfen 43 verschlossen, wobei bei einer gewellten Pappe 41 die in einer Reihe liegenden Kanäle abwechselnd oben und unten zugestopft sind und diese Anordnung bei zwei benachbarten gewellten Pappen 41 auf Lücke vorgesehen ist. Auf diese Weise sind die einem bestimmten Kanal 42 direkt benachbarten Kanäle 42 gerade am entgegengesetzten Ende wie der bestim­ te Kanal zugestopft. Das in einen Kanal 42 eintretende ölhaltige Wasser kann daher nur abfließen, indem es entweder die ebene Pappe 40 oder die gewellte Pappe 41 durchsetzt. Das Zustopfen des jeweils einen Endes der Kanäle kann auf beliebige Weise erfolgen, etwa durch Zusammendrücken und Verkleben des Endes, durch Einfüllen eines klebenden Füllmittels in die Öffnung.

Fig. 8 zeigt die Grobpartikelbildungsvorrichtung 14, die das in Fig. 5 gezeigte Element aufnimmt. Bei dieser Vorrichtung sind in dem an der Unterseite eines zylin­ drischen Gehäuses 15 angeordneten Mittelboden 17 viele durchgehende Löcher 34 vorgesehen. Ein oder gegebenenfalls auch mehrere Elemente 21 sind auf diesen Mittelboden 17 gesetzt. Über dem Element 21 ist dabei ein Hohlraum 33 gebildet. Zuflußzweigrohre 27a und 27b münden in die Durch­ flußkammer 18 bzw. den Hohlraum 33, während Abflußzweig­ rohre 29a und 29b in den Hohlraum 33 bzw. die Durchfluß­ kammer 18 münden. Das ölhaltige Wasser, das entweder vom Zuflußzweigrohr 27a oder dem Zuflußzweigrohr 27b kommt, tritt in die Kanäle 42 ein, deren Enden zur Durchfluß­ kammer 18 bzw. zum Hohlraum 33 (im Fall des Rohrs 27b) offen sind, wie dies durch die ausgezogenen Pfeile bzw. die gestrichelten Pfeile angedeutet ist. Das Wasser tritt durch die ebenen Pappen 40 oder die gewellten Pappen 41 in die Nachbarkanäle 42 ein und durch deren offenes Ende in den Hohlraum 33 bzw. die Durchflußkammer 18, von wo es über das jeweilige der Abflußzweigrohre 29a oder 29b abfließt.

Der Aufbau des Wellentypelements 21, wie es in den Fig. 5 bis 7 gezeigt ist, ist wirksamer als der herkömmliche allgemeine Aufbau, wie er in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Der Einsatz des Elements der Fig. 5 bis 7 gemäß Darstellung in Fig. 8 läßt leichter den Bau einer kleineren Vorrichtung zu und ist damit auch praktischer. Ein solch kleiner Aufbau ist insbesondere unerläßlich im Fall eines begrenzten Installationsraums, wie es bei Schiffahrtsanwendungen der Fall ist. Die vorliegende Er­ findung eignet sich für derart beschränkte Installations­ bedingungen.

Wie oben angeführt, wird das ölhaltige Wasser einer solchen Behandlung ausgesetzt, daß grobe Partikel aufgrund der Wirkung der Grobpartikelbildungsvorrichtung 14 abgeschie­ den werden und im Wasser aufschwimmen und daß Wasser über die Abflußrohrleitung 31 in den nächsten Schwimm­ abscheidertank 32 fließt.

Der Schwimmabscheidertank 32 kann von irgendeiner bekann­ ten Art sein. Bei diesem Beispiel schwimmen körperlich große Ölpartikel infolge ihrer unterschiedlichen Reaktion auf die Schwerkraft (bzw. des Auftriebs) in natürlicher Weise zum oberen Teil des Tanks 32. Von hier werden sie über ein Rohr 35 in einen Ölsammelzylinder 36 abgenommen. Da an dieser Stelle das Öl aus dem Schmutzwasser abge­ schieden ist, wird dieses allein über eine Rohrleitung 37 zur Ansaugseite der Pumpe 12 zurückgeführt und das Verfahren in der Reihenfolge des vierstufigen Schwimmab­ scheidertanks 44, der Grobpartikelbildungsvorrichtung 14, des Schwimmabscheidertanks 32 und des Ölsammelzylin­ ders 36 wiederholt. Das mittels der Schwimmabscheider­ tanks 32 vom Öl befreite Wasser wird normalerweise weg­ gekippt, im Fall eines Kreisverfahens, wie es bei einem Herstellungsprozeß vorliegen kann, wird das Wasser jedoch durch die Rohrleitung 38 in den Schmutzwassertank 1 zurückgeleitet.

Das obige Beispiel stellt ein grundsätzliches Öl-Wasser- Abscheidungssystem als eine Einheit der Grobpartikel­ bildungsvorrichtung dar. Aber auch eine mehrstufige An­ ordnung einer Vielzahl von abwechselnd in Reihe vorge­ sehenen Grobpartikelbildungsvorrichtungen und Schwimmab­ scheidertanks kann abhängig von der Konzentration und Viskosität des eingeschlossenen Öls in vielen Fällen zu wirkungsvollen Ergebnissen führen. Bei einem solchen mehrstufigen System wird Öl, das bereits in Form grober Partikel vorhanden ist, entfernt, bevor der nächste Grob­ partikelbildungsschritt ausgeführt wird. Hierdurch kann der Übergangswiderstand des Öls im nächsten Schritt wirk­ sam verringert und die Ölabscheidungsrate verbessert werden. Daher ist der Einsatz eines solchen mehrstufigen Wasserflußsystems günstig, soweit die zur Verfügung stehen­ de Installationsfläche es erlaubt.

Fig. 9 gibt einen Überblick über dieses mehrstufige Wasserflußsystem, bei dem ölhaltiges Wasser von dem Schmutzwassertank 1 den vierstufigen Schwimmabscheider­ tank 44 durchströmt, dann durch ein Wasserflußsystem läuft, das der Reihe nach und mehrstufig Grobpartikel­ bildungsvorrichtungen und Schwimmabscheidertanks in der Reihenfolge einer ersten Grobpartikelbildungsvorrichtung 14a, eines ersten Schwimmabscheidertanks 32a, einer zweiten Grobpartikelbildungsvorrichtung 14b und eines zweiten Schwimmabscheidertanks 32b aufweist. Dieses mehrstufige System liefert nahezu vollständig abgeschiedenes Öl in den Ölsammelbehälter 36. Hierbei fließt das Öl vom oberen Teil des zweiten Schwimmabscheidertanks automatisch oder durch manuelle Bedienung in den Ölsammelzylinder 36, während das behandelte Wasser vom unteren Teil des zweiten Schwimmabscheidertanks 32b im Fall eines Ringverfahrens in den Schmutzwassertank 1 zurückfließt und andernfalls abgelassen wird.

Dieses System eignet sich nicht nur für eine wirkungsvolle Übergangsverarbeitung von ölhaltigem Wasser, sondern be­ sitzt auch eine besonders gute Wikung bei der Verarbeitung von Wasser, das Öl in feinverteilter emulgierter Form mit Ölpartikeln unter 1 µm enthält. Dies beruht auf der Wirkung eines oberflächenaktiven Elements und konnte mit der her­ kömmlichen Technik nicht erreicht werden. Experimente haben beispielsweise bestätigt, daß Wasser, das 250 000 ppm leichten Öls enthielt nach der Verarbeitung nur noch 5 ppm aufwies. Hierbei lag die Testspezifikation von Schiffsausrüstungen entsprechend der IMCO Konvention zu­ grunde. Es ergab sich, daß 5 ppm, die als Grenze für industrielle Abwasser aus Gründen des Umweltschutzes festgelegt sind, genau eingehalten werden können.

Die Erfindung ermöglicht die Trennung nicht nur des feinver­ teilten Öls, sondern auch des emulgierten Ölgehalts. Dies ist auf die Bildung der speziellen Schicht zurückzuführen, die hauptsächlich aus einer wasserunlös­ lichen, wasserhaltigen Gelschicht besteht, die eine Wassertrennfunktion besitzt und außerdem ölfest und öl­ abstoßend ist.

Obwohl die theoretische Grundlage für diese Wirkung nicht vollkommen klar ist, ergibt sich der folgende Grund ein­ fach aus den strukturellen Eigenschaften. Die Grundzüge des Ölabscheidungsprozesses sind in Fig. 10 gezeigt. Wenn ölhaltiges Wasser durch das Material 24 des Elements von einer Seite her durchtritt, bleiben Ölpartikel oder emulgierte Ölpartikel im ölhaltigen Wasser leicht an der Oberfläche des Materials 24 haften, und zwar wegen dessen ölwiderstandsfähigen und ölabstoßenden Wirkung, so daß sich aus mehreren Teilen zusammengesetzte grobe Ölpartikel a ergeben. Wenn das Öl in dem ununterbrochen zufließenden ölhaltigen Wasser andererseits in Form von Partikeln vorliegt, dann werden einige von diesen an dem grob partikulierten Ölpartikeln a gefangen, so daß dieser wächst und ein großer Ölpartikel b wird. Nach und nach berühren sich diese gewachsenen Ölpartikel b und bilden einen großen Ölklumpen c, wie dies gestrichelt dargestellt ist (Fig. 10B). Dieser große Ölklumpen c wird sich aufgrund der abstoßenden Wirkung des Materials 24 von dessen Oberfläche trennen und gemäß der Pfeilmar­ kierung in Fig. 10C im ölhaltigen Wasser aufschwimmen. Viele von diesen gewachsenen Ölpartikeln oder -klumpen absorbieren leicht Beimischungen (SS) und entfernen diese Beimischungen genauso gut wie Öl aus dem ölhaltigen Wasser.

Ein weiteres besonders Merkmal besteht darin, daß wegen dieser erwünschten Eigenschaft der Entfernung von Beimischungen, das vor dem Eingang in die Grobpartikelbildungsvorrichtung 14 angeordnete Filter oder Sieb 10 nicht so fein sein muß, daß es sogar feine Beimischungen oder Fremdstoff auffängt. Zum Zwecke des Auffangens lediglich relativ großer Beimischungen oder Fremdstoffe reicht ein Sieb mit einer Teilung von etwa 11 bis 16 Öffnungen pro linearem Zentimeter aus.

Bei herkömmlichen Abscheidungsverfahren ist ein möglichst feines Sieb erforderlich, um Beimischungen oder Fremd­ stoffe festzuhalten und zu entfernen. Beim Durchgang durch solch ein feines Sieb werden aufgrund des auftretenden Drucks die Öltropfen fein zerteilt. Es ist dann schwieri­ ger, die so emulgierten feinen Ölpartikel zu entfernen. Im Gegenteil dazu ist bei der Erfindung der Druckwiderstand des Siebs geringer, so daß keine Emulgierung eintritt und die als Ölabscheidung in der Grobpartikelbildungsvorrich­ tung 14 leichter wird. Dies erlaubt eine nahezu perfekte Entfernung emulgierten Öls, das an einer weiteren Emulgierung gehindert wird. Ferner bewirkt die Zufuhr von Wasser unter hohem Druck zu einem Sieb für hochvisko­ ses Öl wegen der Emulgierung einen Nachteil. Gemäß der Erfin­ dung wird jedoch kein hoher Speisewasserdruck benötigt, so daß sich hieraus keinerlei Behinderung ergibt. Wegen der gleichzeitigen Ablagerung der in den Ölpartikeln einge­ schlossenen Beimischungen oder Fremdstoffe an der Ober­ fläche des Elements ergibt sich eine wirkungsvolle Ent­ fernung dieser Beimischungen oder Fremdstoffe gleichzeitig mit der Ölabscheidung.

Claims (2)

1. Verfahren zur Abscheidung von Öl aus Wasser durch Koaleszenz, bei dem das ölhaltige Wasser durch ein Koaleszenzelement aus einem porösen Material, auf dessen Oberfläche sich eine ölbeständige, ölabstoßende, wasserdurchlässige und wasserabsorbierende Schicht aus einem wasserunlöslichen, wasserhaltigen Gel befindet, geleitet wird und die dabei aus dem zunächst feinverteilt im Wasser enthaltenen Öl gebildeten groben Ölpartikel aufgeschwemmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das ölhaltige Wasser abwechselnd in entgegengesetzte Flußrichtungen durch das Koaleszenzelement (21) geleitet wird, wobei der Druckabfall an dem Element in der Größenordnung von 0,1 bar (10 kPa) liegt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens einem Koaleszenzelement aus einem porösen Material, auf dessen Oberfläche sich eine ölbeständige, ölabstoßende sowie wasserdurchlässige und wasserabsorbierende Schicht aus einem wasserunlöslichen, wasserhaltigen Gel befindet, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mittels derer ölhaltiges Wasser wahlweise in der einen oder der entgegengesetzten Richtung durch das Koaleszenzelement leitbar ist, wobei der Druckabfall an dem Element in der Größenordnung von 0,1 bar (10 kPa) liegt.