SE510503C2 - Förfarande och anordning för kontinuerlig rening av med olja nedsmutsat och emulgerat slagvatten på fartyg - Google Patents

Description

“Hm i. nu m. ni m 1 510 503 2 efterrening genom tillförsel till ett finfilter (Feinfilter), och där håller det i cirkulerande flöde under förhöjt tryck i filtersystemet, varvid det slagvatten som koncentreras med olja löpande återpumpas från smutssidan av finfiltret och in i separationsbehållaren där den flytande oljan bortpumpas. Trots allt detta hålles flödeshastigheten i systemet så låg att separationsförloppet i behållaren förblir opåverkat av mediets strömning.

För varje reningsförlopp av en bestämd mängd erhållet slag- vatten avlöper reningsförloppet alltså kontinuerligt, dvs utan avbrott av förloppet, även om det är uppdelat i steg respekti- ve avsnitt. Så snart olja avskiljts från slagvattnet och samlats upptill i separationsbehållaren, påbörjas det till- kommande förloppet som bildar kärnan i uppfinningen, genom att nu slagvattnet, som förrenats medelst tyngdkraft, pumpas in i ett finfilter, dvs i ett filter med stor separationsförmàga.

Där cirkulerar det - under förhöjt tryck - i ett separat system, efterrenas så i filterelementen tills det nått den önskade höga renhetsgraden. Det oljekoncentrat som bildas på filtret såsom ett smutsskikt återpumpas - likaledes löpande - in i separationsbehållaren innan den vanliga "filterkakan" kunde bildas såsom ett fast skikt. Däri flyter på nytt oljean- delen upp ur det ännu väl flytande återförda slagvattnet, liksom tidigare oljan från det färska slagvattnet, och pumpas bort liksom oljan tidigare. Det föreligger således ett krets- lopp för slagvattnet mellan separationsbehållaren och fin- filtret, men även ett kretslopp för sig inuti finfiltersyste- met. För att i finfiltret uppnå en hög reningsgrad är trycket i filtrets kretslopp förhöjt, eftersom ett finfilter kräver att det medium som ska behandlas tillförs under tryck.

Förloppet för tyngdkraftseparationen får emellertid inte störas. Därför hålls flödeshastigheten i systemet så låg att separationen av oljan från slagvattnet inte negativt påverkas genom alltför hög strömning hos mediet. 510 503 3 För att kunna genomföra reningsförloppet utan störande avbrott rengörs filtret under drift och regenereras således genom att erhållet renvatten tillförs under det nödvändiga förhöjda trycket. Härigenom àterspolas de grova oljepartiklarna ur filtret och in i separationsbehállaren.

Detta tillförda renvatten kan ha tillförts ett spolmedel, företrädesvis i varmt tillstånd, för att understödja renings- förloppet ytterligare. Efter detta reningsförlopp leds in- nehållet i separationsbehållaren över ett fast materialfilter i och för åstadkommande av separation av fast material. Det sålunda grovrenade slagvattnet tillförs på nytt till separa- tionsbehållaren eller till kölrummet (i fartygsbotten).

För bättre förståelse beskrivs förfaringsförloppet nedan på nytt detaljerat: Principen för detta förfarande är en kom- bination mellan tyngdkraftseparation och en efterinkopplad dynamisk filtrering, i detta fall mikrofiltrering. Denna filtrering benämns också tvärströmsfiltrering, dvs att det renade vattnet lämnar membranet tvärs respektive tangentiellt mot huvudflödet. Motsvarande anläggning består väsentligen av en kombinations-, renvatten- och en spolmedelsbehållare, såväl som av en modul- eller membranenhet. Såsom förkortning för kombinationsbehållare används uttrycket kombibehållare. Denna har följande funktion: 1. Att separera grovoljepartiklar och fasta material. 2. Upptagning av de förträngda smutsvattnen från modu- lerna innan och efter rening. 3. Uppsamling av separerad olja. 4. Tjänar såsom förlagsbehållare för membrankretsloppet.

I filtermodulhöljet befinner sig flera enskilda membranrör.

Inuti dessa rör finns mikrofina keramikbelag påförda, vilka utgör det egentliga membranet. För separation av olja-vattene- mulsioner har sådana system hävdat sig väl industriellt, eftersom en vederbörligt hög överströmning av dessa membran al! ml .~..,.,.._._...-|...au.\ »min ï 1 'rv i 1% W 510 503 4 kan företas. Det där uppstående tryckfallet är acceptabelt.

Olja-vattenemulsioner tenderar vid filtreringsförlopp att bilda ett mer eller mindre kraftigt täckskikt. Täckskiktbild- ning betyder: De enskilda oljemolekylerna lägger sig till högre packningstätheter på varandra så att ett högre trans- portmotstånd för vattnet genom membranet respektive genom täckskiktet uppträder. För att hålla detta täckskikt litet överströmmas röret respektive membranet med en hög överström- ningshastighet, här i medeltal från fyra till fem meter per sekund.

Andra membran- respektive modulsystem kan köras med mindre överströmningar, men har emellertid den nackdelen att de därigenom mycket kraftigt koncentrerar de enskilda oljekompo- nenterna och partiklarna av fast material, och således för- orsakar en snabb blockering av systemet. Det handlar därvid om s k bunt- (wickel-), platt-, hålfibermoduler. Eftersom över- strömningen i rörmodulerna är relativt hög uppgår detta vid tekniskt användbara anläggningsstorlekar till ett relativt högt volymsflöde. Såsom exempel uttryckt i tal kan här gälla storleksordningar på 50 till 100 kubikmeter per timme.

Detta filtermodul- respektive membransystem har följande arbetssätt: Vattnet tränger genom membranet medelst en tryckgradient (tryckfall), dvs släpps igenom respektive trycks igenom. Detta har till följd att oljekoncentrationen med tiden höjs i modul- respektive membrankretsloppet. Med höjning av oljekoncentra- tionen tränger efter bestämda lagbundenheter permeatflödet genom membranet. Målet för en sådan membranfiltrering är alltid en hög filtreringskapacitet vid ringa tryckfall och ringa tryckförlust. Om nu denna koncentrationsökning ska motverkas måste man därför sörja för att färsk emulsion till- förs från en behållare, en förlagstank eller liknande, och att en lämplig mängd bortförs från modulen. Detta sker konventio- nellt genom satsvis förfarande, dvs att filtermodulen matas 510 503 5 med en pump från en relativt stor förlagstank. Vid slutet av detta förlopp följer alltid en förtjockningsprocess (Aufdick- prozess), vid vilken förlagsbehàllaren inte tillförs någon ny vätska.

Då detta system primärt ska möjliggöra separationen i kom- bibehàllaren, läggs följande till grund för denna: För att inte på nytt låta volymsflödena i en storleksordning mellan 50 och 100 kubikmeter strömma in i kombinationsbehálla- ren och därmed omöjliggöra en efterinkopplad tyngdkraftssepa- ration, reduceras det volymsflöde som ska matas ut till en storleksordning på från 500 till 1500 liter per timme, vilket tas ut ur kombibehállaren. En ekvivalent därtill tas i motsva- rande mån ut pà nytt ur filtermodul- respektive membrankrets- loppet. Härtill är en andra pump nödvändig som samtidigt är så utformad att den kan bibringa filtermodulsystemet ett högre tryck.

Den koncentrerade olja-vattenblandningen respektive emulsionen kommer in i kombibehållaren under utmatning fràn filtermodulen och finner där pà grund av behållarens egenskaper relativt goda separationsmöjligheter, eftersom separationsförloppet pà grund av den sänkta flödeshastigheten avlöper så att fri olja kan ansamlas i oljedomen vid en högre koncentration, t ex 1%- 2% olja, så att alltid en viss koncentration kan hållas kon- stant i kombinationsbehàllaren. Fri olja, som återtransporte- ras från kölrummet via den motsvarande kölrumspumpen, trycks omedelbart in i kombibehållaren och kan stiga uppåt till olje- uppsamlingsdomen såsom grov olja. Denna olja kommer inte in i membrankretsloppet.

Den samlingstank som vid jämförbara förfaranden ofta är nöd- vändig kan här undvaras, eftersom oljeavskiljaren med efter- inkopplat membransystem praktiskt taget fullständigt ersätter en konventionell separator. Vid detta förfarande spolas fast material, som nár in i kombibehàllaren, vanligtvis också in i . :ai 510 503 6 membranet. Dessa bildar en andel som tillhör täckskiktbild- ningen och man måste därför sörja för att denna koncentration inte stiger alltför kraftigt. Detta undviks i möjligaste mån medelst följande förfaringssteg. När membranet nedsmutsats i så stor utsträckning att en rengöring är nödvändig, avlöper följande förfaringssteg: 1. Kombibehållaren tomkörs genom filtrering tills dess ett vederbörligt buffertutrymme uppstår. 2. Från renvattenbehållaren uttages en bestämd vattenmängd och med denna förträngs smutsvattnet ur modulen. Syftet är att rengöringsmedlet rengör ytan på membranet och inte pàförs på komponentämnena, t ex fasta partiklar och olje- partiklar som föreligger i vätskan. 3. Det egentliga temperaturförloppet som utspelar sig vid högre temperatur.- 4. Urspolning av de utlösta partiklarna av fast material från membranet efter reningen vid högre temperatur, vilka partiklar därefter på nytt trycks in i kombibehållaren.

I kombibehållaren befinner sig nu en majoritet av smutsparti- klarna som har lösts ut från membranet och andelar av smutsigt fast material från kölrummet. Om förloppet startades på nytt skulle andelarna av material naturligtvis på nytt lägga sig på membranet, så att det erfordrades en ny spolning. För att förhindra detta körs kombibehållaren över ett fast material- filter som eliminerar de fasta materialen till största delen, och áterför vattnet respektive den flytande fasen till kom- bibehållaren eller till en annan behållare, eventuellt till kölrummet. För detta ändamål är vissa säkerhetsåtgärder erforder- liga, för att inte låta t ex olja, som ännu befinner sig i kombibehållaren, föras med över fastmaterialfiltret. Detta uppnås medelst en vederbörligen installerad sond som såsom màttstock sörjer för att en bestämd mängd olja inte kan komma in fastmaterialfiltret. 510 503' 7 Under filtreringen införs kontinuerligt olja i kombibehållaren frán membransystemet. Den oljenivá som med tiden ansamlas där avkänns medelst en sensor och förs bort vid en bestämd gräns- skikttjocklek. Härigenom uppnås den inledningsvis beskrivna "konstanthållningen av koncentrationen". _ Renvattenbehållaren eller -bufferten tjänar till att uppfylla den redan beskrivna funktionen och till att ansamla de veder- börliga permeatmängderna för rening av filtermodulen respekti- ve förträngning av smutsvattnet. För detta ändamål får inget bord- eller sjövatten användas, eftersom det inte uppfyller de renhetskrav som ställs pà detta vatten. Detta uttrycks med ett s k KI (kolloidindex).

En andra funktion hos renvattenbehållaren är urkoppling av det på systemet motverkande trycksystemet utifrån. Om vattnet (permea- tet) helt enkelt skulle tryckas ut ur modulkretsen via mem- branet och utombords (med trycket fràn membrankretsen), så måste tillkommande energi på exempelvis en bar pàföras för att vattnet skulle kunna tryckas utombords. Det så uppstående mottrycket motverkar kraftigt den normala permeationsförmàgan.

Membranytorna skulle behöva förstoras avsevärt, så att vattnet inte i motsvarande mån mäste föras in i en buffert.

Membranseparatorn kan kombineras med andra anordningar för avlägsnande av olja. I synnerhet pá fartyg körs t ex olje- avskiljningsanordningar alltefter användning i sug- eller i tryckdrift, med eller utan filter, med eller utan koalescensa- nordningar etc, som i normalfallet är utrustade med en slag- larmkoppling enligt IMU 393, dvs att vid överskridande av gränsvärdet återförs vattnet på nytt i kretsloppet i kölrummet.

Här föreligger principiellt möjligheten att från vår apparat, via den minnesprogrammerbara styrningen, medstyra de andra oljeavskiljningsanordningarna, för att medseparera det ej separerbara vattnet i den redan installerade, mekaniskt ver- kande slagvattenoljeavskiljningsprocessen. Anläggningen kan också tänkas utförd i varierad version, såsom ifall en sam- ï | ; S10 503 8 lingstank förelåg i en anläggning med likartade grunddrag, kombibehàllaren utgick, och endast enskilda element såsom ren- vatten- och spolmedelsbehållare funne användning, respektive en kombination av alla delar med undantag för kombibehàllaren.

Såsom säkerhetsåtgärd mot tryckhöjning genom värmning av modulinnehållet föreslås: Under reningsförloppet uppstår med tiden i det slutna syste- met, vilket är mycket effektivt, på grund av slutenheten såväl som på grund av pumpenergin en högre temperatur, som också har ett högre tryck till följd. Detta tryck hålls medelst en liten reducerventil på en konstant nivå och utjämnas i kombibehàlla- ren genom mängdreglering. Uppfinningen låter sig komprimerat återges enligt följande: En grundmodul i anläggningen är en s k kombibehàllare. I denna kombibehàllare föregår genom normal tyngdkraftsseparation en grovrening. Vidare uttages här i ett modulreningskretslopp en bestämd mängd av mediet från kombibehàllaren, koncentreras och det koncentrerade mediet återförs till kombibehàllaren. Det vatten som avskiljs i detta modulkretslopp pumpas överbord.

Härvid är det viktigt att den mängd medium som tas ut från kombibehàllaren är så ringa i förhållande till kombibehàlla- rens totalvolym, att återföringen av det koncentrerade mediet till kombibehàllaren förorsakar ett så ringa flöde att en separation via tyngdkraft bibehålles i kombibehàllaren vid varje tidpunkt. För att förhindra att emulsionen hela tiden koncentreras kraftigare så att reningsmodulerna därmed allt kraftigare belastas, omebesörjes att den olja som upptill avsätts genom tyngdkraft bortförs så att säga kontinuerligt.

Det vatten som renats i modulenheten spolas överbord via en renvattenmellanbehållare för att förhindra tryckproblematiken för membranen som nämnts ovan.

Om membranen i modulenheten har uppnått en bestämd förore- ningsgrad pumpas ett spolmedel från spolmedelsbehållaren in i 510 503 9 detta kretslopp för att lösa föroreningar från membranen och denna spolmedels-/föroreningsblandning tillförs kombibehàlla- ren. Då de lösta fasta ämnena hindrar det fortsatta renings- förloppet renas dessa via ett fastmaterialfilteraggregat. För detta ändamål pumpas innehållet i kombibehållaren över detta fastmaterialfilter och den från fastmaterialpartiklar renade blandningen återförs till kölrummet. Därifrån upprepas förloppet och slagvattnet förs på nytt in i kombibehållaren.

Nedan kommer förfarandet enligt uppfinningen närmare att belysas i anslutning till en anläggning som arbetar enligt förfarandet.

Figuren visar en schematisk återgivning av anläggning med en separationsbehàllare ("kombibehållare"), ett finfilter ("mo- dul"), en renvattenbehàllare, en spolmedelsbehállare, ett fastmaterialfilter och kölrummet.

Från den schematiska återgivningen framgår anläggningens uppbyggnad. Det framgår därav att huvudbeståndsdelarna i anläggningen är en separationsbehållare 6 och ett filter 37, 38; filtret är ett finfilter. I separationsbehållaren 6 av- skiljs medelst tyngdkraft den lättare oljan från det tyngre vattnet och samlar sig upptill i den s k oljedomen 39, var- ifrån den pumpas in i en lagringsbehållare. Tidigare uppsam- lades slagvattnet i kölrummet l, som ligger vid ett djupt ställe i fartyget varifrån det transporteras till separationsbehàlla- ren 6 medelst en pump 7.

Den tillkommande huvudbeståndsdelen, finfiltret 37, 38 består av filterelement, s k moduler. Detta finfilter 37, 38 består uppgiften att underkasta vattnet från separationsbehållaren 6 en tillkommande rening. Även om vattnet medelst tyngdkraft befriats från olja är det långt ifrån verkligen renat från olja, eftersom enbart tyngdkraften inte är tillräcklig för att uppnå en tillfredsställande hög reningsgrad. Detta filter 37, 38 är ett finfilter och således ägnat att tillbakahålla de ...u .m th, 510 503 10 minsta oljeåterstoder och andra föroreningar, så att man verkligen erhåller rent vatten av hög kvalitet på utloppssi- dan.

Finfiltret 37, 38 är ett keramiskt filter, företrädesvis ett rörfilter med mikrofin keramikbeläggning, vars moduler ligger efter varandra. Filter av fibrer är emellertid också lämpliga.

Dessa filter verkar såsom ett membranfilter varvid också mediet löper tvärs mot filterelementets huvudflöde. Filtersta- tionen 37, 38 är vidare utformad för det här föreliggande ändamålet: den utgör i sig ett omloppssystem, så att det slagvatten som ska efterrenas återpumpas från filterytornas smutssida, innan en filterkaka uppstår där genom koncentrering av oljeandelar, in i separationsbehållaren 6; detta koncentrat innehåller inte endast en stor andel olja utan även andra smutsåterstoder. För finfiltreringsförloppet är det väsentligt att det höga transportmotståndet genom filtermodulerna över- vinns; detta sker därigenom att mediet i filterkretsen utsätts för ett förhöjt tryck. Till detta kommer att det därvid sörjes för cirkulation av mediet genom de efter varandra liggande elementen; därför finns en cirkulationspump 36 och en tryck- höjningspump 35 anordnade. Med denna åtgärd uppnås att på filterytan kvarhållna olje- och andra smutspartiklar inte finner någon tid att avlagras, och hindras således att sätta igen filterporerna. För att fullständiggöra detta förlopp är det ombesörjt för att àterleda det koncentrat som erhålles på filterytan till separationsbehàllaren 6, och emedan detta förutsätter att detta koncentrat fortfarande är flytbart, begjuts vid behov erhållet renvatten från renvattenbehàllaren 51 på finfiltret på nytt.

Emedan rengöringen av filterytorna är särskilt viktig vid detta förfarande, är det också ombesörjt för att ta hjälp av ett spolmedel som kan tillföras från en behållare, spolmedels- behållaren 25 alltefter nödvändighet till finfiltret 37, 38; för att understödja verkan bör reningsvattnet värmas, exempel- 510 503 ll vis i en uppvärmningsanordning 40 innan filterstationen 37, 38.

Ytterligare ett hjälpmedel för rengöring av filterytorna på finfiltret 37, 38 är ett fastmaterialfilter ll inuti systemet i separationsbehàllaren 6. I detta filter ll kvarhålls fasta material, närmare bestämt från tilloppet av färskt slagvatten frán kölrummet 1, liksom även àterflytande medium fràn fin- filtret till separationsbehàllaren 6; därvid uttages medium fràn botten av behållaren 6 via fastmaterialfiltret ll och àterförs pà nytt till separationstanken eller till kölrummet.

Därvid bortfaller i så màtto en belastning av finfiltret med smutsandelar.

Till en störningsfri drift hör att anläggningen är utrustad med reglerings-, styr- och övervakningsanordningar.

Claims (9)

WWW l m - mm Mmuhw |M||| . 510 503 12 PATENTKRAV

1. Ett förfarande för kontinuerlig rening av med olja nedsmutsat och emulgerat slagvatten pá fartyg, vid vilket kölrummet underkastas en förrening genom avskiljning av olje- fasen fràn vattenfasen medelst tyngdkraftsseparation, varvid oljefasen fortlöpande avleds medan vattenfasen underkastas en efterrening i form av en filtrering, vid vilken det erhållna filtratet (renvatten) fortlöpande avleds överbord, medan det erhàllna retentatet (smutsvattnet) fortlöpande avdras, k ä n n e t e c k n a t av att filtreringen är implementerad såsom fin- eller ultrafiltrering, vid vilken retentatet hàlles i flöde i ett kretslopp under förhöjt tryck, varvid den i kretsloppet cirkulerande mängden per tidsenhet av retentatet är avsevärt förhöjd, företrädesvis 100-falt, i förhållande till den tillförda mängden per tidsenhet av vattenfasen och motsvarande mängd per tidsenhet av det avdragna retentatet, att vidare det avdragna retentatet åter- förs till slagvattnets vattenfas, och flödeshastigheten för mediet i systemet utanför kretsloppet hàlles sà làg att sepa- rationsförloppet förblir opàverkat av mediets strömning.

2. Förfarandet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att utfiltrerat renvatten vid behov i förekommande fall under tillblandning av ett spolmedel àterförs i retentat- kretsloppet för dettas rening och regenerering under det erforderliga förhöjda trycket.

3. Förfarandet enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att renings- och regenereringsvàtskan värms under fin- filtrets reningsförlopp.

4. Förfarandet enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t av att en andel av vattenfasen avleds, befrias från fasta ämnen med fastàmnesfiltrering och därefter avges 510 503 13 till huvuddelen av vattenfasen eller slagvattnet.

5. -5. Anläggning för genomförande av förfarandet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den ena sidan inne- fattar en separationsbehállare (6), som är ansluten till kölrummet (1) via en ledning (2), i vilken en transportpump (7) är inkopplad, och som är avsedd för tyngdkraftsseparation av oljefasen frán vattenfasen, med en övre dom (39) för olje- fasen, och à andra sidan omfattar ett fin- eller ultrafilter (37, 38), vars retentatsida (smutssida) är utformad som ett slutet ringsystem (34), i vilket en cirkulationspump (36) är inkopplad, och som à ena sidan är förbunden via en tilledning (4) och en tryckhöjningspump (35), och á andra sidan via en avledning (5) med vattenfasen i separationsbehállare (6), varvid cirkulationspumpen (36) transporterar en avsevärt större, företrädesvis 100 gånger sä stor vätskemängd per tidsenhet som tryckhöjningspumpen (35), och varvid ringsys- temets (34) filtratsida (renvattensida) är förbunden via en avloppsledning (50) med en renvattenbehállare (51), och att det finns anordnade för anläggningen nödvändiga konstruk- tionselement såsom hand- och magnetventiler för styrning av slagvatten-, vattenfas-, retentat- och renvattenflödena och övervaknings-, mät- och larmapparater för kontroll av nivà- lägena i behàllarna.

6. Anläggning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att renvattenbehàllaren (51) är utrustad med en pump (58) för avpumpning av renvattnet överbord.

7. Anläggning enligt krav S eller 6, k à n n e t e c k - n a d av att en spolmedelsbehàllare (25), som är förbunden via en ledning (26) med tryckhöjningspumpens (35) utsida, och ett fastämnesfilter (ll), som à ena sidan är anslutet via en ledning (10, 2) till vattenfasen i separationsbehàllaren (6) och à andra sidan till kölrummet (1) via en ledning (12). . .__.'...Å 510 503 14

8. Anläggning enligt något av kraven 5-7, k ä n n e - t e c k n a d av att fin- eller ultrafiltret (34, 37, 38) är utrustat med semipermeabla membran av keramiskt material.

9. Anläggning enligt kraven 5-7, k ä n n e t e c k n a d av att fin- eller ultrafiltret (34, 37, 38) är utrustat med filterelement av fibermaterial.