NO324057B1 - Anlegg for rensing av vann forurenset med draper av hydrokarbonholdig vaeske - Google Patents

Abstract

I et anlegg for rensing av vann forurenset med dråper av hydrokarbonholdig væske, hvori anlegget har et vesentlig vertikalstilt filter (4); et inntakskammer (7) for det forurensete vannet delvis definert ved en første vertikal flate (5) i filteret; tilførselsanordning (8) for forurenset vann som munner ut i den nedre delen av inntakskammeret (7); en uttaksanordning (9) tilkoblet den øvre delen av inntakskammeret (7) for utslipp av hydrokarbonholdig væske utskilt fra vannet i inntakskammeret; økes driftsperioden mellom filterrens og/eller timekapasiteten til filteret ved å injisere fine gassbobler inn i det forurensete vannet ved minst en plassering valgt fra plasseringene i den nedre delen av inntakskammeret (7) og plasseringer i tilførselsanordningen (8) for å gi en gassboblestrøm oppover langs den første vertikale filterflaten (5).

Description

Anlegg for rensing av vann forurenset med dråper av hydrokarbonholdig væske.

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse omhandler sanering av avløpsvann inneholdende hydrokarbonholdig væske og eventuelt andre væske- eller partikkelforurensninger.

Oppfinnelsen er anvendbar innen et bredt omfang av industrier omfattende petroleums-industri, inklusiv oljeleting og -produksjon, spesielt offshore, raffinering, transport, lagring, tankrensing, osv., miljørenovering, eller rensing av industrielt kjølevann, osv.

Oppfinnelsens bakgrunn

Rensing av oljekontaminert industrielt avløpsvann utføres vanligvis ved å føre avløps-vann gjennom separasjonsdammer hvori oljen stiger til overflaten og fjernes delvis ved spyling. Denne fremgangsmåten kan kombineres med flotasjon, hvori luft finfordeles i vannet og fremmer separasjon av oljedråper og oppsamling derav ved vannoverflaten.

Denne behandlingen kan etterfølges av føring av delvis renset vann gjennom et sand-filter eller filterelementer.

Når det er nødvendig å fjerne ikke bare emulgerte eller suspenderte forurensninger, men også slike som er oppløst i den vandige fasen, er det vanlig med en etterfølgende filtrering gjennom et filter omfattende aktivert kull.

For rensing av kun lett oljekontaminert vann er det foreslått å filtrere gjennom et porøst materiale, preimpregnert med en absorpsjonsvæske. Denne fremgangmåten er imidlertid ikke egnet som eneste behandling for tungt forurenset vann.

I for eksempel US 5.591.327 (Cairo, Jr. et al.) bekjentgjøres et apparat hvori fluidisering utføres i den øvre delen av en beholder og filtrering finner sted i den nedre delen av samme beholder.

Selv om siste nevnte type apparat representerer visse forbedringer, spesielt redusert plassbehov i forhold til utstyr med særskilte flotasjons- og filtreringsinnretninger, er renseeffektiviteten underlegen ønsket effektivitet for å imøtekomme dagens miljøstan-darder.

Et annet konsept anvendes i filterapparatet bekjentgjort i US 4.839.040 (Alm). Apparatet har et vertikalt ringformet filterkammer som omslutter et partikulært, elastisk, oljeabsorberende, regenererbart filtermateriale. Den effektive anvendelsen av slikt filtermateriale muliggjøres ved aksialt bevegelige ringformete tverrgående vegger for kontinuerlig komprimering av filtermaterialet. De vertikale ytterveggene i det ringformete filterkammeret er omgitt av en bekledning som mottar forurenset vann gjennom et inntak i den nedre delen av bekledningen. En delvis gravitasjonsseparasjon av olje/vannfasen finner sted mens den finnes i bekledningen under passasjen mot filteroverflaten, dvs. at en del av oljefasen når den øvre delen av bekledningen hvorfra den fjernes. Derved når ikke den del av oljefasen filteret og en tilsvarende forlengelse av driftsperiodene mellom filterrensing oppnås.

Sistnevnte filterapparat gir en svært effektiv rensing med egnet filtermateriale. Ikke bare dråper av olje eller fet væske og partikler, selv av submikron størrelse, fjernes, men også lipofile forurensninger oppløst i den vandige fasen kan fjernes. Apparatet har også andre fordeler, inklusiv høy kapasitet og moderate plassbehov.

Filterrensing er nødvendig enten når mengden forurensninger i utslippsvannet overstiger en fast verdi eller når trykkfallet over filteret blir for høyt. Rensing utføres ved å til-bakespyle med et varmt væskefluid.

Mengden oljedråper og mettete dampbobler som avsettes på den ytre filterflaten er ofte viktig med hensyn til lengden av driftsperioden mellom hver tilbakespylingsoperasjon.

På tross av at hver tilbakespyling kun varer et par minutter, er det ønskelig å øke lengden av hver driftsperiode ved å minimere mengden oljedråper, dampbobler og partikler som trenger inn i filterflaten. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved å iverksette spesielle tiltak for å skille ut en så stor del som mulig av oljefasene fra det forurensete vannet før det sistenevnte når filterflaten, og også å løsne oljedråper og dampbobler fra filterflaten for å unngå inntrengning inn i filtermateriale og tilstopping derav.

Sammendra<g> av oppfinnelsen

Det har vist seg at de ovenfor beskrevne ulempene ved å ha oljedråper og dampbobler avsatt på oppstrømsiflterflaten kan reduseres ved å utforme filteranlegget som definert nedenfor.

Dermed omhandler oppfinnelsen et anlegg for å rense vann forurenset med dråper av hydrokarbonholdig væske, omfattende et vesentlig vertikalstilt filter; et inntakskammer for det forurensete vannet delvis definert ved en første vertikal flate i filteret; et uttakskammer for filtrert vann delvis definert ved en andre flate av filteret motstående den første flaten relativ til filteret; en tilførselsanordning for forurenset vann som munner ut i den nedre delen av inntakskammeret; en uttaksanordning tilkoblet den øvre delen av inntakskammeret for utslipp av hydrokarbonholdig væske utskilt fra vannet i inntakskammeret; og en røranordning for å gjenvinne renset vann fra uttakskammeret der anordningen ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved å ha anordninger for å injisere gass, for eksempel luft, som fine bobler inn i det forurensete vannet ved minst en plassering valgt fra plasseringene i den nedre delen av inntakskammeret; og plasseringer i tilførselsanordningen for å gi en gassboblestrøm oppover langs den første vertikale filterflaten for å frigjøre og oppadgående fjerne dråper av hydrokarbonholdig væske og dampbobler avsatt på filterflaten; og å fange opp og fjerne oppadgående dråper og dampbobler som har en tendens til å avsettes på filterflaten, og derved forsinke tilstopping av filterflaten ved å fremme en sammensmelting av dråpene for å danne en kontinuerlig hydrokarbonholdig fase i den øvre delen av inntakskammeret.

Viktige utførelsesformer av anlegget ifølge oppfinnelsen er spesifisert i de vedlagte underkravene.

I det etterfølgende er oppfinnelsen beskrevet i større detaljer med henvisning til tegningene.

Kort beskrivelse av tegningene

I tegningene er:

Figur 1 et diagram av et vertikalt snitt gjennom en utførelsesform av anlegget ifølge oppfinnelsen, og Figur 2 et diagram av et horisontalt snitt gjennom anlegget ifølge figur 1 langs den stiplete linjen II-II.

Utførelsesformen til anlegget vist i figurene omfatter et ytre trykkbestandig hylster dannet ved en sylindrisk vegg og henholdsvis avtakbare lokk- og bunnelementer, 2 og 3.

I hylsteret finnes et vertikalstilt filter, fortrinnsvis av et granulært filtermateriale, omgitt av en første vertikal væskegjennomtrengelig flate 5 og en andre væskegjennomtrengelig flate 6.

Flatene 5 og 6 er for eksempel metallplater eller lignende konstruksjoner med perfore-ringer, slisser eller andre åpninger som tillater passasje av væske, men gjenholdelse av materialet som danner filteret 4. Vanligvis vil de minste dimensjonene i åpningene være av størrelsesorden 15 um til 1 mm, fortrinnsvis fra 15 til 50 um.

Veggen 1 og den første filterflaten 5 definerer en bekledning som omfatter et inntakskammer 7 for rensing av det forurensete vannet.

Inntakskammer 7 er utstyrt med en inntaksrørledning 8 for forurenset vann og en uttaks-røranordning 9 for olje og skum dannet under drift av anlegget som beskrevet nedenfor. Inntakskammeret har også fortrinnsvis en uttaksledning 10 for uttak av gass fra den øvre delen av kammeret.

Den andre filterflaten 6 omringer et uttakskammer 11 tilkoblet en uttaksledning 12.

Sluttdelene av veggene som danner første filterflate 5 og andre filterflate 6 er ugjennomtrengelige, og mellom disse ugjennomtrengelige delene finnes i hver ende en aksialt bevegelig ringformet tverrgående vegg 13 for komprimering av filtermaterialet som påvirkes av et trykkmedium tilført (ved anordninger ikke vist) til ringformete kamre 14.

Det henvises til den ovenfor nevnte US 4.839.040 (Alm), innlemmet heri ved referanse, vedrørende ytterligere konstruksjons- og driftsdetaljer vedrørende de tverrgående veggene 13 og deres funksjon.

Som et viktig kjennetegn av oppfinnelsen er oppfinnelsen utstyrt med en anordning 15 for injisering av en gass som luft i den nedre delen av inntakskammeret 7.

I den viste utførelsesformen omfatter anordning 15 en inntaksledning som kobler sammen en kilde (ikke vist) med trykksatt gass, for eksempel luft, til en rund pipe 17 utstyrt med jevnt fordelte dyser 18 for gassinjeksjon.

Flere andre utforminger for gassinjeksjonsanordning 15 er mulig. Dermed kan den runde pipen 17 plasseres utenfor kammer 7 med dyser som trenger gjennom veggen 1 (ikke vist).

Anordningen 15 kan erstattes av eller suppleres med anordning 19 (vist med stiplete linjer) for gassinjeksjon inn i det forurensete vannet når det føres til kammer 7 gjennom inntakskammer 8.

Uansett hvilke anordninger som anvendes for gassinjeksjon, er det vesentlig at en oppadgående strøm med små bobler dannes langs minst en vesentlig del av den gjennomtrengelige delen av veggen som danner filterflaten (5), som vist skjematisk i figur 1.

Når anlegget er i drift innføres det forurensete vannet gjennom inntaksledningen (8).

Vanligvis er dette forurensete vannet, med opprinnelse for eksempel i en av industriene definert ovenfor, saltvann eller ferskvann inneholdende dråper av hydrokarboner og eventuelt også fine faststofrpartikler og oppløste hydrokarboner og kjemikalier. Dess-uten kan svært små, og dermed vanskelige å separere, bobler med mettet damp være til stede eller forekomme under håndteringen.

Etter å ha gått inn i det runde inntakskammeret (7), begynner det forurensete vannet og spesielt oljedråper deri en oppadgående bevegelse.

For å redusere mengden olje og andre ikke-oppløste forurensninger som når filteret er det viktig at en vesentlig del av forurensningene separeres fra vannet under passasje gjennom inntakskammeret (7). Oljefasen, eventuelt også inneholdende kjemikalier, som dermed samles på væskeflaten i kammer (7) utvinnes ved kontinuerlig eller periodisk utsugning gjennom uttak (9), delvis som skum sammen med noe vann. Dette fjerner risikoen for at oljen og kjemikalier fraktes inn i filteret eller tilstopper åpningene på flate 5. Den gjenvunnete olje- og vannblandningen separeres ved konvensjonelle anordninger (ikke vist) og den vandige fasen gjenvinnes for gjeninnføring gjennom inntaksledning (8).

Separasjon av oljefasen fra vannet i kammer (7) fremmes ved gassbobler som i den viste utførelsesformen, injiseres gjennom dyser (18), for å oppnå en effekt kjent fra konvensjonelle flotasjonsprosesser.

I den viste utførelsesformen fjernes gassen etter å ha tjent som flotasjonsgass gjennom rørledningen (10), men gassen kan alternativt tas ut sammen med olje, skum og strøm-mer gjennom uttaket (9).

Den nedre delen av kammeret (7) kan utstyres med en anordning (ikke vist) for kontinuerlig eller periodisk uttak av slam oppsamlet i den nedre delen, for derved å unngå at slammet når flaten (5).

Under den oppadgående passasjen av forurenset vann gjennom kammeret (7), beveger en del derav seg sentralt mot den første gjennomtrengelige flaten (S) som utfører en innledende filtrerings- eller silingsfunksjon og holder igjen relativt store dråper og partikler, mens de finere forurensningene og oppløste forurensningene er fanget opp i vannet inn i selve filteret (4) hvori disse forurensningene blir effektivt adsorbert eller absorbert (for enkelthets skyld uttrykt heretter som "sorbert").

Den derved rensede vannstrømmen gjennom filteret når den andre flaten (6) av et perfo-rert eller på annet vis gjennomtrengelig materiale, gjennom hvilket den føres inn i uttakskammeret (11) hvorfra den er trukket ut gjennom ledning (12).

Oljedråper, faste partikler og bobler som avsettes på den første flaten (5) kan, spesielt i konvensjonelle filtre uten flotasjon, eller hvori flotasjonstrinnet og filtreringstrinnet ikke er tett kombinert som i foreliggende oppfinnelse, hindre god filterfunksjon, og i forbin-delse med visse forurensninger kan dette være en egenskap som avgjør lengden av uav-brutt driftstid mellom tilbakespyling eller fornyelse av filteret.

Dermed sikrer "sveiping" av filterflaten (5) ved hjelp av en stigende strøm av bobler, som fremmer en oppadgående strøm av forurensede dråper og partikler, at ikke bare en større andel av forurensninger når væskeoverflaten for fjerning gjennom uttak (9) uten å komme i kontakt med filterflate 5, men også til en viss grad løsner dråper, partikler og bobler avsatt på flaten før de danner et sammenhengende, delvis ugjennomtrengelig belegg på filterflaten. Dermed gir anvendelse av gassbobler en dobbel effekt, hvilket øker lengden for effektiv filterdrift.

Som vist kan gassinjeksjon finne sted gjennom dyser (18), imidlertid, i stedet for van-lige dyser kan gassinjeksjonen utføres ved hjelp av sinterglass eller annen konvensjonell anordning for å produsere relative små bobler.

Ved å frembringe betingelser typiske for en flotasjonsprosess i inntakskammeret (7), og spesielt i nærheten av filterflaten (5) i anlegget ifølge oppfinnelsen, er det mulig å øke forholdet mellom mengden oljeholdig materie gjenvunnet fra den øvre delen av inntakskammeret gjennom (9) til mengden oljeholdig materie sorbert av filteret, hvilket be-tyr at den førstnevnte mengden kan være vesentlig mer enn tusen ganger den andre mengden.

Ved behandling av avløpsvann fra oljeletings- og produksjonsindustri, kan separasjon av oljeholdig materie fra den vandige hjelpemiddelfasen ofte gjøres lettere ved øking av pH-verdien. I anlegget ifølge oppfinnelsen kan dette praktisk utføres ved å injisere kar-bondioksid gjennom den samme anordningen (16,17,18 eller 19) som anvendes for innføring av flotasjonsgass, som vanligvis er atmosfærisk luft. Karbondioksidet opp-løses spontant i avløpsvannet og dette reduserer pH-verdien og reduserer derved emulgeringseffekten av overflatemidler som i hovedsak er aktive ved basiske eller nøytrale pH-verdier. Flokkuleringsfremmende tilsetningsstoffer kan også tilsettes, for eksempel gjennom (19).

I den praktiske utførelsesformen av oppfinnelsen kan flere endringer i det beskrevne anlegget utføres. Dermed kan det være foretrukket å ha en uttaksledning for filtrert vann som tilsvarer (12) også i den øvre delen av filterenheten. I praksis vil det også være hen-siktsmessig å ha lokk- og bunnenhetene (2 og 3) formet som hvelvete sluttdeler for å oppnå en mer trykkmotstandsdyktig utforming.

Som forklart ovenfor, muliggjør foreliggende oppfinnelse en økt driftsperiode mellom hver rensing av filteret ved tilbakespyling. Lengden på denne driftsperioden er selvsagt påvirket av flere trekk, blant annet sammensetningen av avløpsvannet, ladning på filteret, dvs. mengden væske som føres gjennom hver kvadratmeter av filteret.

Flere forsøk har bekreftet at med filteret ifølge oppfinnelsen, kan lange driftsperioder for eksempel på 24 timer hver, opprettholdes mens filteret lades med mer enn 100 m<3>/time/m<2> forurenset vann som renses til godt under 5 mg olje/liter.

Så vidt oppfinneren vet, gjør denne høye kapasiteten sammen med den veldig kompakte utformingen at anlegget ifølge oppfinnelsen, fra et kapasitets/plassbehov perspektiv, er overlegen anlegg som hittil er på markedet eller er foreslått for lignende formål.

Claims (12)

1. Anlegg for rensing av vann forurenset med dråper av hydrokarbonholdig væske og eventuelt andre forurensninger, omfattende et vesentlig vertikalstilt filter (4); et inntakskammer (7) for det forurensete vannet delvis definert ved en første vertikal flate (5) i filteret; et uttakskammer (11) for filtrert vann delvis definert ved en andre flate (6) av filteret motstående den første flaten (5) relativ til filteret; en tilførselsanordning (8) for forurenset vann som munner ut i den nedre delen av inntakskammeret (7); en uttaksanordning (9) tilkoblet den øvre delen av inntakskammeret (7) for utslipp av hydrokarbonholdig væske utskilt fra vannet i inntakskammeret; og en røranordning (12) for å gjenvinne renset vann fra uttakskammeret; karakterisert ved å ha anordninger (16, 17, 18, 19) for å injisere fine bobler inn i det forurensete vannet ved minst en plassering valgt fra plasseringene i den nedre delen av inntakskammeret (7) og plasseringer i tilførselsanord-ningen (8) for å gi en gassboblestrøm oppover langs den første vertikale filterflaten (5) for å frigjøre og fjerne oppadgående dråper av hydrokarbonholdig væske og dampbobler avsatt på filterflaten (5) og å fange opp og fjerne oppadgående dråper og dampbobler som ellers har en tendens til å avsettes på filterflaten, og derved forsinke tilstopping av filterflaten ved å fremme en sammensmelting av dråpene for å danne en kontinuerlig hydrokarbonholdig fase i den øvre delen av inntakskammer (7).

2. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at filteret (4) omfatter et partikulært, elastisk, oljesorberende, regenererbart filtermateriale innesluttet mellom to væskegjennomtrengelige bærende plater som danner henholdsvis den første vertikale flaten (5) og den andre flaten (6).

3. Anlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at uttakskammeret (11) er formet som en vertikal, roterende symmetrisk sylinder; der filteret (4) omringer uttakskammeret koaksialt og har et ringformet, horisontalt tverrsnitt; og inntakskammeret (7) danner en innkledning rundt filteret og har et ringformet, horisontalt tverrsnitt.

4. Anlegg ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at anordningen for gassinjisering inn i det forurensete vannet er minst en dyse (18) satt inn i den nedre delen av inntakskammeret og tilkoblet en kilde av trykksatt luft.

5. Anlegg ifølge krav 4, karakterisert ved at minst den ene dysen (18) er flere dyser jevnt fordelt i det samme horisontale planet i den nederste delen av inntakskammeret (7) for å gi en jevn spylende oppadgående strøm av bobler gjennom vannet i inntakskammeret i nærheten av filterflaten (5).

6. Anlegg ifølge hvilke som helst av kravene 1,2 eller 3, karakterisert ved at anordningen for gassinjisering i det forurensete vannet er minst en dyse (19) satt inn i tilførselsanordningen (8) og tilkoblet en trykkluftskilde, der den minste ene dysen er i stand til å fordele luft jevnt inn i det forurensete vannet før det når den nedre delen av inntakskammeret (7).

7. Anlegg ifølge hvilke som helst av de forutgående kravene, karakterisert ved å videre ha en anordning for å innføre et flotasjonsfremmende middel inn i det forurensete vannet i tilførselsanordningen eller i den nedre delen av inntakskammeret.

8. Anlegg ifølge hvilke som helst av de forutgående kravene, karakterisert ved at uttaksanordningen (9) for hydrokarbonholdig væske er utformet for å også slippe ut gass fra den øvre delen av inntakskammeret (7).

9. Anlegg ifølge hvilke som helst av de forutgående kravene, karakterisert ved åhaenseparatutslippsrørledning(lO) for brukt flotasjonsgass i den øvre delen av inntakskammeret (7).

10. Anlegg ifølge hvilke som helst av de forutgående kravene, karakterisert ved å ha en anordning for innføring av CO2 inn i det forurensete vannet, der anordningen er lik de (16,17,18,19) anvendt for gassinjisering eller er en separat anordning plassert i den nedre delen av inntakskammer (7) eller i tilførselsanordningen (8) dertil.

11. Anlegg ifølge krav 2, karakterisert ved at den væskegjennomtrengelige platen som danner den første vertikale flaten (5) til filteret er av metall og har slisseåpninger med en bredde på 15 um til 1 mm, fortrinnsvis 15 um til 50 um.

12. Anlegg ifølge krav 2, karakterisert ved at filteret (4) omfatter et filtermateriale mellom flatene (5) og (6) hvori materialet er en organisk polymer i granulært form med høy kompressibilitet