PL179767B1 - Sposób oddzielania materialu stalego od zawierajacej go cieczy i rozdzielania emulsji PL PL PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1 . Sposób oddzielania materialu stalego od zawierajacej go cieczy i rozdzie- lania emulsji, polegajacy na przeprowa- dzeniu cieczy, zawierajacej ten material staly oraz ewentualnie emulsje, przez zloze filtracyjne, skladajace sie z luznych, plaskich czastek filtracyjnych o po- wierzchni od 5 mm2 do 100 mm2, które w czasie oczyszczania podlega fluidyzacji, powodujac oddzielanie czasteczek osadza- nego na tych czastkach materialu stalego oraz ewentualnie zemulgowanych kropelek, zas pozostala ciecz odprowadza sie ze zbiornika filtracyjnego, znamienny tym, ze stosuje sie zloze filtracyjne, skladajace sie z latwo ulegajacych fluidyzacji czastek filtracyjnych wykonanych z filii o grubosci od 15 µm do 500 µm i o masie powierzch- niowej od 10 g/m2 do 500 g/m2. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania materiału stałego od zawierającej go cieczy i ewentualnie rozdzielania emulsji, polegający na przeprowadzeniu cieczy, zawierającej ten materiał stały oraz ewentualnie emulsję, przez złoże filtracyjne, składające się z luźnych, płaskich cząstek filtracyjnych o powierzchni od 5 mm² do 100 mm², które w czasie oczyszczania podlega fluidyzacji, powodując oddzielanie cząsteczek osadzanego na tych cząstkach materiału stałego oraz ewentualnie zemulgowanych kropelek, zaś pozostałą ciecz odprowadza się ze zbiornika filtracyjnego.

W technice znane są sposoby filtracji objętościowej, polegającej na przeprowadzaniu cieczy, zawierającej materiał stały, przez mineralną warstwę filtracyjną, na przykład z piasku lub żwiru. Tego rodzaju mineralne warstwy filtracyjne są bardzo tanie, jednakże wykazują szereg niedogodności. Zwłaszcza ze względu na wysoki ciężar właściwy cząstek tworzących warstwę filtracyjną (żwiru lub piasku) konieczne jest stosowanie odpowiednio wytrzymałej, a więc ciężkiej konstrukcji. Ponadto proces filtracji, przy użyciu złoża filtracyjnego z cząstek mineralnych, wymaga odpowiednio dużego nakładu energii dla regeneracji warstwy filtracyjnej, a tym samym stosowanie agregatów regeneracyjnych o bardzo dużej mocy. Ponadto tego rodzaju warstwy filtracyjne wykazują bardzo niewielką objętość przestrzeni międzyziamowej, wynoszącej od 25% do 30% całkowitej jej objętości, co powoduje konieczność stosunkowo częstej regeneracji złoża. Natomiast ze względu na niewielką średnicę cząstek filtracyjnych, zwłaszcza piasku, niezbędne jest stosowanie odpowiednio gęstych i kosztownych sit podtrzymujących złoże filtracyjne. Również utrudniona jest obróbka biologiczna filtrowanej cieczy, bowiem biomasa, osadzona na stosunkowo gładldch cząstkach filtracyjnych, podczas regeneracji lub napowietrzania warstwy filtracyjnej, zostaje wyprowadzona z jednostki filtracyjnej.

W przypadku oddzielania materiału stałego od cieczy konieczne staje się często również rozdzielenie emulsji. Dotyczy to zwłaszcza emulsji węglowodorów w wodzie. Przykładowo, dla odzysku ropy naftowej zamkniętej w porach skał, wtłacza się wodę w znajdujące się w odwiercie skały, która wraz z ropą wypływa na powierzchnię ziemi, a następnie oddziela się ropę od wody w odstojniku. Jednakże reszta ropy pozostaje w postaci emulsji: ropa/woda, zaś rozdzielenie tej emulsji jest związane ze znacznym nakładem kosztów, przy czym jego wydajność jest na ogół niezadawalająca.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 2916121 znany jest sposób filtracji z zastosowaniem złoża filtracyjnego, złożonego z luźnych cząstek porowatej pianki poliuretanowej. Cząstki filtracyjne mają przy tym wielkość od 25 mm do 50 mm i grubość około 0,6 mm i występują na ogół w postrzępionej postaci. Gęstość tworzywa, z którego wykonane są cząstki, winna zapewniać dostateczną wytrzymałość złoża filtracyjnego, a równocześnie zapobiegać unoszeniu się tych cząstek podczas filtracji, jednakże ta ograniczona ruchliwość cząstek złoża wpływa ujemnie na wydajność procesu filtracji.

Z europejskiego opisu patentowego nr EP 0627387 znany jest sposób do biologicznego oczyszczania wody, zawierającej materiał organiczny pochodzenia przemysłowego względnie komunalnego, oraz urządzenie do stosowania tego sposobu. Złoże filtracyjne składa się w górnej części z wiórków drzewnych o wymiarach mniejszych od 10 mm, a w dolnej z węgla aktywowanego lub porowatych elementów ceramicznych i w czasie oczyszczania podlega fluidyzacji. Dopływ oczyszczanej wody odbywa się okresowo - porcjami. W górnej

179 767 części złoża są zawarte mikroorganizmy beztlenowe, zaś w dolnej - tlenowe, natomiast w części środkowej złoże jest odpowietrzone. Przerwy w dopływie wody podlegającej oczyszczaniu umożliwiają odtworzenie populacji mikroorganizmów, jednakże niedogodnością opisanego sposobu oczyszczania jest jego ograniczona wydajność. Opis nie wyjaśnia sposobu odprowadzania cieczy wzbogaconej w materiał stały, ani sposobu przeprowadzanej okresowo regeneracji złoża.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki AP nr US 5114595 znany jest sposób regeneracji granulowanego złoża filtracyjnego, składającego się przykładowo z pokruszonych skorupek orzechów, muszli morskich, względnie drewnianych wiórków z dębiny, przez płukanie złoża umieszczonego między dolną i górną siatką kolumny filtracyjnej. Materiał złoża filtracyjnego nie jest objęty zastrzeżeniami patentowymi. Płukanie złoża odbywa się w trzech operacjach, polegających na filtrowaniu dwustopniowym złoża, wypłukiwaniu wydzielonych zanieczyszczeń oraz osadzaniu na dolnej siatce oczyszczonego złoża.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie takiego sposobu oddzielania materiału stałego od zawierającej go cieczy i ewentualnie rozdzielania emulsji, który byłby pozbawiony wymienionych niedogodności znanych dotychczas sposobów, w szczególności zaś zapewniałby taką samą lub większą wydajność filtrowania, z równoczesnym uzyskaniem znanych oszczędności energetycznych, a ponadto ułatwiałby również proces regeneracji cząstek filtrujących.

Cel ten został zrealizowany w sposobie oddzielania materiału stałego od zawierającego go cieczy oraz ewentualnie rozdzielania emulsji według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że stosuje się złoże filtracyjne, składające się z łatwo ulegających fluidyzacji cząstek filtracyjnych wykonanych z folii o grubości od 15 um do 500 urn i o masie powierzchniowej od 10 g/m² do 500 g/m².

Korzystnie stosuje się przy tym cząstki filtracyjne z folii nośnej, wyposażonej na swej powierzchni w termicznie wygładzoną włókninę o resztkowej mikrostrukturze włókninowej, przy czym wygładzona włóknina jest korzystnie zaopatrzona we włókniste rozgałęzienia o średnicy włókien od 5 pm do 500 pm i kanaliki przepustowe o średnicy od 1 pm do 1000 pm.

Korzystne jest również stosowanie cząstek filtracyjnych z termicznie wygładzoną powierzchnią włókninową, którą poddaje się ponownie drugiemu procesowi włókninowania, jak również cząstek, które uprzednio poddaje się wyładowaniu koronowemu albo też obróbce promieniami β, względnie cząstek perforowanych płomieniowo.

Korzystne wyniki uzyskuje się również w przypadku stosowania cząstek filtracyjnych z dodatkiem węgla aktywnego albo też zeolitów, względnie dwutlenku tytanu.

Wydajność procesu można znacznie powiększyć przez nanoszenie na cząstki filtracyjne biomasy, z umożliwieniem jej samorzutnego rozwoju, na przykład przez utrzymanie warunki beztlenowych dla denitryfikacji biologicznej albo też poddaniu tych cząstek przynajmniej częściowo nagazowaniu i jednocześnie przeprowadzeniu biologicznej nitryfikacji.

Częścią procesu oddzielania materiału stałego od zawierającej go cieczy i ewentualnie rozdzielanie emulsji jest regeneracja złoża filtracyjnego. W celu regeneracji złoża filtracyjnego, po uprzedniej jego fluidyzacji - ciecz wzbogaconą w materiał stały oraz ewentualnie w zemulgowane kropelki korzystnie spuszcza się ze zbiornika filtracyjnego w sposób udarowy.

Odprowadzanie cieczy wzbogaconej w materiał stały oraz ewentualnie w zemulgowane kropelki może korzystnie odbywać się w procesie regeneracji złoża filtracyjnego przez odsysanie udarowe przez rurę odpływową, umieszczoną pod dnem sitowym, przy czym w trakcie tego procesu korzystnie podwyższa się ciśnienie gazu w zbiorniku filtracyjnym, przy czym cząstki filtracyjne, obciążone zemulgowanymi kropelkami, poddaje się ekstrakcji.

Zastosowane w sposobie według wynalazku cząstki filtracyjne, wykonane z cienkiej folii, wykazują dobrą zdolność rozdzielania ciała stałego od cieczy, a ponadto, ulegając łatwo fluidyzacji, tworzą kwazizawieszone złoże filtracyjne, utworzone z ruchomych cząstek o dużej objętości międzyziamowej, przy czym dzięki małej wartości ciężaru powierzchniowego cząstek ich ruchliwość wewnątrz złoża znacznie zwiększa się, zwiększając równocześnie wydajność filtracji.

179 767

W procesie regeneracji warstwy filtracyjnej, stanowiącej część procesu oddzielania ciała stałego od zawartej w niej cieczy, lekkie cząstki filtracyjne z folii łatwo poddają się fluidyzacji, bez konieczności wkładu dużej ilości energii, przy czym zatrzymany na ich powierzchni materiał stały i ewentualnie kropelki emulsji przechodzą do cieczy odpowiednio ją wzbogacając w tej składniki i umożliwiając łatwe odprowadzenie wzbogaconej cieczy ze zbiornika filtracyjnego. W procesie tym korzystnie odprowadzanie wzbogaconej cieczy odbywa się w sposób udarowy, na przykład przez jej odsysanie.

W przypadku, gdy cząstki filtracyjne są pokryte kropelkami emulsji, w procesie regeneracji poddaje się je korzystnie ekstrakcji wskutek czego kropelki emulsji przechodzą do cieczy odpowiednio ją wzbogacając i unoszą się na jej powierzchni. Emulsję oddziela się wówczas od cieczy przez dekantację.

Dzięki powyższej charakterystyce sposób według wynalazku można stosować przy usuwaniu szkód, spowodowanych przez skażenie cieczy, na przykład wody węglowodorami, zwłaszcza ropą naftową, jak również do oddzielania ciał stałych z jednoczesną denitryfikacją resztkową ścieków.

Dzięki stosowaniu cząstek filtracyjnych o bardzo niewielkim ciężarze, koszt inwestycyjny jednostek filtracyjnych jest około 40% niższy w porównaniu do filtrów piaskowych. Również zużycie energii jest około 40% niższe w porównaniu do filtracji przy użyciu złoża mineralnego.

Wynalazek jest w przykładowym rozwiązaniu konstrukcyjnym uwidoczniony na rysunku, przedstawiającym schemat urządzenia do oddzielania ciała stałego od zawierającej go cieczy i ewentualnie rozdzielania emulsji sposobem według wynalazku.

Zbiornik filtracyjny 2 tego urządzenia jest częściowo wypełniony złożem filtracyjnym 3, złożonym z luźnych, ruchomych względem siebie, cząstek filtracyjnych. Nad złożem filtracyjnym 3 znajduje się wylot rury dopływowej 1, którym doprowadza się do zbiornika 2 filtrowaną ciecz, zawierającą ciała stałe oraz ewentualnie emulsję, na przykład ścieki. W dolnej części zbiornika filtracyjnego jest umieszczone dno sitowe 4, które podtrzymuje złoże filtracyjne 3, a pod nim znajduje się wylot przewodu gazowego 7 oraz poniżej - rura odpływowa 5, przez którą odprowadza się przefiltrowaną ciecz. Rura odpływowa 5 rozgałęzia się w dwa przewody, z których każdy jest zamykany lub otwierany odpowiednim zaworem 9 i 10.

Jako cząstki filtracyjne stosuje się korzystnie płaskie cząstki w postaci cienkich płytek o grubości od 15 pm do 500 pm i masie powierzchniowej od 10 g/m² do 500 g/m², wykonane korzystnie z folii i mające powierzchnię około 1 cm². Cząstki filtracyjne są korzystnie wykonane z folii nośnej, na przykład propylenowej, na którą jest naniesiona warstwa termicznie wygładzonej włókniny o resztkowej mikrostrukturze z włóknistymi rozgałęzieniami o średnicy włókien od 5 pm do 500 pm i kanalikami przepustowymi o średnicy od 1 pm do 1000 pm. Cząstki te wykazują szczególnie wysoką adbsorpcyjność względem kropelek emulsji.

Termicznie wygładzona powierzchnia włókninowa cząstek filtracyjnych działa w taki sposób, że powierzchnia tych cząstek przyczepia cząsteczki materiału stałego, nawet o bardzo małej średnicy. Ponadto termicznie wygładzona powierzchnia włókninowa nadaj e tym cząstkom stabilność mechaniczną, niezbędną we fluidyzacyjnych procesach regeneracji złoża filtracyjnego. Jako włókninę stosuje się korzystnie tworzywo sztuczne a bazie PE i ewentualnie PP, przy czym wygładzoną włókninę wytwarza się prowadząc taśmę włókniny i równocześnie prasując ją przez ogrzane, obracające się metalowe walce. W czasie procesu wygładzania poszczególne włókna włókniny w znacznym stopniu stapiają się ze sobą. Sprasowaną taśmę włókniny nanosi się następnie na folię nośną i zgrzewa z nią za pomocą ogrzanych walców. Cząstki filtracyjne, stosowane w sposobie według wynalazku, można korzystnie poddać ponownej operacji włókninowania w drugim, oddzielnym procesie roboczym.

Cząstki filtracyjne, stosowane w sposobie według wynalazku, można również poddać dodatkowo albo alternatywnie wyładowaniu koronowemu, w czasie którego wytwarza się ozon atakujący osnowę materiału cząstek i wytwarzający wolne wartościowości, tym samym zmieniający właściwości elektryczne powierzchni cząstek. Dzięki tym właściwościom cząsteczki materiału stałego lub kropelki zemulgowanej cieczy łatwiej zbierają się i odkładają na powierzchni poddanych wyładowaniu cząstek filtracyjnych.

179 767

Zgodnie ze sposobem według wynalazku można również stosować cząstki filtracyjne, które uprzednio zostały poddane obróbce za pomocą promieni β, względnie cząstki perforowane płomieniowo, których powierzchnię wtapia się za pomocą płomienia w odpowiednie perforacje.

Badania wykazały również, że w wielu przypadkach procesu oddzielania ciała stałego od zawierającej je cieczy można korzystnie stosować cząstki filtracyjne, zawierające dodatkowo węgiel aktywowany, zeolity lub dwutlenek tytanu.

W celu umożliwienia równoczesnego oczyszczania biologicznego cieczy stosuje się w sposobie oddzielania materiału stałego oraz ewentualnie emulsji - cząstki filtracyjne z powierzchnią pokrytą biomasą przy czym korzystnie pokrycie to winno umożliwiać samorzutny wzrost biomasy. Dzięki temu stwarza się dobre warunki dla rozwoju drobnoustrojów, a dzięki bardzo dużej powierzchni aktywnej cząstek filtracyjnych i ich ruchliwości w warstwie filtracyjnej uzyskuje się bardzo wysoką wydajność oczyszczania biologicznego.

Sposób według wynalazku można również stosować do jednoczesnej denitryfikacji resztkowej ścieków. W tym celu w złożu filtracyjnym utrzymuje się warunki beztlenowe, a ponadto w celu rozpoczęcia procesu denitryfikacji korzystnie dodaje się, na przykład, acetol (CH3OH). Można również przeprowadzać proces denitryfikacji resztkowej przez nagazowanie warstwy filtracyjnej gazem zawierającym tlen.

Opisane wyżej urządzenie filtracyjne pracuje na zasadzie filtra przelotowego, to znaczy podczas filtracji lustro filtrowanej cieczy 6 znajduje się powyżej złoża filtracyjnego 3.

W celu przeprowadzenia regeneracji złoża filtracyjnego 3, która stanowi część procesu oddzielania, zamyka się zawór 10, odcinając rurę odpływową 5, po czym przez przewód gazowy 7 doprowadza się do złoża powietrze regenerujące, wskutek czego cząstki filtracyjne w złożu podlegają fluidyzacji, a osadzony na nich materiał stały przechodzi do cieczy. Lustro cieczy podnosi się wówczas do poziomu 8. Po zakończeniu procesu regeneracji otwiera się zawór 9 w odgałęzieniu rury odpływowej 5 i zawartą w zbiorniku filtracyjnym 2 ciecz wzbogaconą materiałem stałym odprowadza się ze zbiornika.

Badania eksploatacyjne wynalazku wykazały, ze szczególnie korzystne jest odprowadzanie cieczy wzbogaconej w materiał stały oraz ewentualnie w zemulgowane kropelki przez spuszczanie jej albo też odsysanie w sposób udarowy. W celu podniesienia wydajności procesu regeneracji, w sposobie według wynalazku, korzystnie podwyższa się w czasie realizacji tego procesu, ciśnienie gazu w zbiorniku filtracyjnym 2.

Cząstki złoża filtracyjnego, z osadzonymi na ich powierzchni zemulgowanymi kropelkami, poddaje się korzystnie, w znany sposób, ekstrakcji.

Sposób oddzielania materiału stałego od zawierającej go cieczy i ewentualnie rozdzielania emulsji według wynalazku wykazuje znaczne oszczędności, zwłaszcza energetyczne, w stosunku do znanych sposobów, bowiem filtr piaskowy wymaga stosowania w procesie regeneracji, przy wysokości nasypowej złoża filtracyjnego wynoszącej 1,5 m i całkowitej wysokości zbiornika filtracyjnego wynoszącej 3 m, przeciwciśnienia rzędu 4,6 m słupa wody (0,46 · 10⁵ Pa), natomiast sposób według wynalazku, głównie dzięki zmniejszeniu masy powierzchniowej cząstek filtracyjnych, wymaga stoso_wania w tych warunkach przeciwciśnienią odpowiadającego 3 m słupa wody (czyli 0,3 · 10’ Pa). Uzyskane dzięki temu oszczędności wykonanej pracy filtracji wynoszą około 35%.

Złoże filtracyjne w sposobie według wynalazku zawiera około 14 kg suchej substancji cząstek filtracyjnych na 1 m³ złożą co stwarza około dwukrotnie mniejsze obciążenie urządzeń w porównaniu do filtrów piaskowych, zapewniając dodatkowo odpowiednie przedłużenie trwałości filtra, a tym samym zmniejszenie częstotliwości regeneracji złoża, co stwarza dodatkowe oszczędności energetyczne.

179 767

179 767

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób oddzielania materiału stałego od zawierającej go cieczy i rozdzielania emulsji, polegający na przeprowadzeniu cieczy, zawierającej ten materiał stały oraz ewentualnie emulsję, przez złoże filtracyjne, składające się z luźnych, płaskich cząstek filtracyjnych o powierzchni od 5 mm² do 100 mm², które w czasie oczyszczania podlega fluidyzacji, powodując oddzielanie cząsteczek osadzanego na tych cząstkach materiału stałego oraz ewentualnie zemulgowanych kropelek, zaś pozostałą ciecz odprowadza się ze zbiornika filtracyjnego, znamienny tym, że stosuje się złoże filtracyjne, składające się z łatwo ulegających fluidyzacji cząstek filtracyjnych wykonanych z filii o grubości od 15 pm do 500 pm i o masie powierzchniowej od 10 g/m² do 500 g/m².
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się cząstki filtracyjne z folii nośnej, wyposażonej na swej powierzchni w termicznie wygładzoną włókninę o resztkowej mikrostrukturze włókninowej.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że do pokrycia powierzchni cząstek filtracyjnych stosuje się termicznie wygładzoną włókninę, mającą włókniste rozgałęzienia o średnicy włókien od 5 pm do 500 pm i kanaliki przepustowe o średnicy od 1 pm do 1000 pm.
4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się cząstki filtracyjne z termicznie wygładzoną powierzchnią włókninową, którą poddaj e się ponownie drugiemu procesowi włókninowania.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się cząstki filtracyjne poddane uprzednio wyładowaniu koronowemu.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się cząstki filtracyjne poddane uprzednio obróbce promieniami β.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się cząstki filtracyjne uprzednio perforowane płomieniowo.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje się cząstki filtracyjne z dodatkiem węgla aktywnego.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje się cząstki filtracyjne z dodatkiem zeolitów.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się cząstki filtracyjne z dodatkiem dwutlenku tytanu.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na cząstki filtracyjne nanosi się uprzednio biomasę, umożliwiając korzystnie jej samorzutny rozwój.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że w złożu filtracyjnym (3), złożonym z cząstek pokrytych biomasą, utrzymuje się warunki beztlenowe dla jednoczesnej denitryfikacji biologicznej.
13. 13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że złoże filtracyjne (3), którego cząstki są pokryte biomasą, poddaje się w czasie filtracji przynajmniej częściowo nagazowaniu i jednocześnie przeprowadza się biologiczną nitryfikację.
14. 14. Sposób oddzielania materiału stałego od zawierającej go cieczy i rozdzielania emulsji, polegający na przeprowadzeniu cieczy, zawierającej ten materiał stały oraz ewentualnie emulsję, przez złoże filtracyjne, składające się z luźnych, płaskich cząstek filtracyjnych o powierzchni od 5 mm² do 100 mm², które w czasie oczyszczania podlega fluidyzacji, powodując oddzielanie cząsteczek osadzanego na tych cząstkach materiału stałego oraz ewentualnie zemulgowanych kropelek, zaś pozostałą ciecz odprowadza się ze zbiornika filtracyjnego, znamienny tym, że w celu regeneracji złoża filtracyjnego, po uprzedniej jego fluidyzacji, ciecz wzbogaconą w materiał stały oraz ewentualnie w zemulgowane kropelki spuszcza się ze zbiornika filtracyjnego (2) w sposób udarowy.

    179 767
15. 15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, ze ciecz wzbogaconą w materiał stały i ewentualnie w zemulgowane kropelki odsysa się w sposób udarowy przez rurę odpływową (5), umieszczoną pod dnem sitowym (4).
16. 16. Sposób według zastrz. 14 albo 15, znamienny tym, że w czasie udarowego odprowadzania cieczy, wzbogaconej w materiał stały oraz ewentualnie w zemulgowane kropelki, podwyższa się ciśnienie gazu w zbiorniku filtracyjnym (2).
17. 17. Sposób według zastrz. 14 albo 15, znamienny tym, że cząstki filtracyjne, obciążone zemulgowanymi kropelkami, poddaje się ekstrakcji.

    * * *