SK2382003A3 - A plant for purifying water contaminated by droplets of hydrocarbonaceous liquid - Google Patents

Description

Zariadenie na čistenie vody kontaminovanej kvapôčkami uhľovodíkovej kvapaliny

Oblasť techniky

Vynález sa týka dekontaminácie odpadovej vody, ktorá obsahuje uhľovodíkovú kvapalinu a prípadne iné kvapalné alebo časticové znečistenia.

Vynález sa dá použiť v širokej palete priemyselných odvetví, ktoré zahrnujú ropný priemysel, vrátane ťažby a produkcie, najmä na mori, rafinácie, transportu, skladovania, čistenia nádrží atd’., obnovu životného prostredia alebo čistenie priemyselnej chladiacej vody atd’.

Doterajší stav techniky

Bežne sa čistenie olejom kontaminovanej priemyselnej odpadovej vody uskutočňuje tak, že sa odpadová voda nechá prechádzať odlučovacími nádržami, v ktorých olej stúpa na povrch a čiastočne sa odstraňuje zberaním z povrchu. Tento proces sa dá skombinovať s flotáciou, pri ktorej sa do vody rozptýli vzduch a ten podporuje oddeľovanie kvapôčok oleja a ich zhromažďovanie sa na povrchu vody.

Po tomto spracovaní môže nasledovať prechod čiastočne vyčistenej vody cez pieskový filter alebo filtračné prvky.

Ak je nevyhnutné odstrániť nielen emulgované alebo suspendované nečistoty, ale aj také, ktoré sú rozpustené vo vodnej fáze, je bežná následná filtrácia cez filter, ktorý obsahuje aktívne uhlie.

Na čistenie len mierne olejom kontaminovanej vody sa navrhlo filtrovať cez pórovitý polymérny materiál, vopred impregnovaný absorpčnou kvapalinou. Táto metóda však nie je vhodná ako samostatné spracovanie viac znečistenej vody.

Napríklad v US 5 591 327 (Cairo Jr. a ďalší) je opísané zariadenie, v ktorom sa uskutočňuje fluidizácia v hornej časti nádoby, zatiaľ čo filtrácia sa uskutočňuje v spodnej časti tej istej nádoby.

Hoci posledne uvedený typ zariadení predstavuje určité zlepšenia, najmä znížené priestorové nároky v porovnaní so zariadeniami, ktoré majú samostatné

-2flotačné a filtračné zariadenia, účinnosť čistenia je horšia, než sa požaduje na splnenie dnešných štandardných požiadaviek na ochranu životného prostredia.

Iná koncepcia sa používa vo filtračnom zariadení, opísanom v US 4 839 040 (Alm). Uvedené zariadenie má zvislú prstencovitú filtračnú komoru, obklopujúcu

I časticový, elastický, olej absorbujúci, regenerovateľný filtračný materiál. Účinné použitie takéhoto filtračného materiálu je umožnené axiálne pohyblivými, prstencovitými priečnymi stenami na kontinuálne stláčanie filtračného materiálu. Zvislé vonkajšie steny prstencovitej filtračnej komory sú obklopené plášťom, do ktorého sa dostáva kontaminovaná voda cez vstup v spodnej časti plášťa. Pokiaľ sa táto voda nachádza v uvedenom plášti počas svojej cesty k filtračnému povrchu, dochádza k čiastočnej gravitačnej separácii olejovej/vodnej fázy, čo znamená, že časť olejovej fázy dosiahne hornú časť uvedeného plášťa, odkiaľ sa odstráni. V dôsledku toho táto časť olejovej fázy nedosiahne filter a dosiahne sa zodpovedajúce predĺženie prevádzkových časov medzi operáciami čistenia filtra.

Posledne uvedený typ filtračného zariadenia s vhodným filtračným materiálom poskytuje veľmi účinné čistenie. Nielen že sa odstránia kvapôčky oleja alebo mastných kvapalín a častice, dokonca submikrometrovej veľkosti, ale dajú sa odstrániť aj lipofilné znečisťujúce látky, rozpustené vo vodnej fáze. Zariadenie má tiež iné výhody, vrátane vysokej kapacity a nie príliš veľkých priestorových nárokov.

Čistenie filtra je nevyhnutné buď vtedy, keď množstvo znečisťujúcich látok v odtekajúcej vode prekročí stanovenú hodnotu, alebo keď je pokles tlaku za filtrom príliš veľký. Uvedené čistenie sa robí spätným prepláchnutím s použitím horúcej kvapaliny.

Často je dôležité množstvo olejových kvapôčok a bubliniek nasýtených pár, ktoré sa usadia na vonkajšom povrchu filtra, čo sa týka dĺžky prevádzkových časov medzi dvoma operáciami spätného preplachovania.

Napriek skutočnosti, že každá operácia spätného preplachovania trvá len pár minút, je žiaduce zväčšiť dĺžku každého prevádzkového času minimalizovaním množstva olejových kvapôčok, bublín pár a častíc, prenikajúcich do povrchu filtra. To sa podľa tohto vynálezu dosiahne aplikáciou špeciálnych opatrení na oddelenie čo najväčšej časti olejovej fázy z kontaminovanej vody predtým, než táto dosiahne

-3povrch filtra, a tiež na uvoľnenie olejových kvapôčok a bublín pár z povrchu filtra, aby sa zabránilo ich vniknutiu do filtračného materiálu a jeho zablokovaniu.

Podstata vynálezu

Ukázalo sa, že vyššie uvedené nevýhody usadzovania olejových kvapôčok a bublín pár na vstupnom povrchu filtra sa dajú zmenšiť konštrukciou filtračného zariadenia, ako je táto určená ďalej.

Vynález teda poskytuje zariadenie na čistenie vody, kontaminovanej kvapôčkami uhľovodíkovej kvapaliny, ktoré zahrnuje v podstate zvisle umiestnený filter; vstupnú komoru pre kontaminovanú vodu, čiastočne určenú prvým zvislým povrchom uvedeného filtra; výstupnú komoru pre prefiltrovanú vodu, čiastočne určenú druhým povrchom uvedeného filtra na opačnej strane k prvému povrchu vzhľadom na filter; privádzacie prostriedky pre kontaminovanú vodu, nachádzajúce sa v spodnej časti vstupnej komory; výstupné prostriedky, spojené s hornou časťou vstupnej komory na odstraňovanie uhľovodíkovej kvapaliny, oddelenej od vody vo vstupnej komore; a potrubné prostriedky na odvedenie vyčistenej vody z výstupnej komory; podstatou ktorého je, že má prostriedky na vháňanie plynu, napríklad vzduchu, vo forme jemných bubliniek do kontaminovanej vody prinajmenšom na jednom mieste, zvolenom z miest v spodnej časti uvedenej vstupnej komory a miest v uvedených privádzacích prostriedkoch, na vytvorenie prúdu plynových bubliniek smerom nahor pozdĺž prvého zvislého povrchu filtra na uvoľňovanie a odstraňovanie smerom nahor kvapôčok uhľovodíkovej kvapaliny a bublín pár, usadených na povrchu filtra a na strhávanie a odstraňovanie smerom nahor takýchto kvapôčok a bublín pár, ktoré sa práve usadzujú na povrchu filtra, na oneskorené zablokovanie povrchu filtra a podporu spájania sa uvedených kvapôčok, na vytvorenie spojitej uhľovodíkovej fázy v hornej časti vstupnej komory.

Dôležité uskutočnenia zariadenia podľa tohto vynálezu sú špecifikované v pripojených vedľajších nárokoch.

V ďalšom vynález vysvetlíme podrobnejšie s odkazom na výkres.

-4 Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 je schematický zvislý rez uskutočnením zariadenia podľa tohto vynálezu, a

Obr. 2 je schematický vodorovný rez zariadením z obr. 1 pozdĺž prerušovanej čiary II - II.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Uskutočnenie zariadenia, znázornené na obrázkoch, zahrnuje vonkajší, voči tlaku odolný kryt, vytvorený valcovou zvislou stenou 1 a odnímateľným vekom 2 a spodným členom 3.

V uvedenom kryte je zvisle umiestnený filter 4, výhodne z granulárneho filtračného materiálu, uzavretého medzi prvým zvislým, pre kvapalinu priepustným povrchom 5 a druhým, pre kvapalinu priepustným filtračným povrchom 6.

Povrchmi 5 a 6 sú napríklad kovové plechy alebo podobné konštrukcie s perforáciami, štrbinami alebo inými otvormi, ktoré umožňujú kvapaline prechádzať, ale zadržiavajú materiál, ktorý tvorí filter 4. Typicky budú najmenšie rozmery uvedených otvorov veľkosti od 15 μπι do 1 mm, výhodne od 15 do 50 pm.

Stena 1 a prvý filtračný povrch 5 určujú plášť, ktorý tvorí vstupná komora 7 pre kontaminovanú vodu, ktorá sa má čistiť.

Vstupná komora 7 je vybavená vstupným potrubím 8 pre kontaminovanú vodu a výstupným potrubím 9 pre olej a penu, vytvorenú pri prevádzke zariadenia, ako vysvetlíme ďalej. Vstupná komora má výhodne tiež výstupné vedenie 10 na odvádzanie plynu z hornej časti komory.

Druhý filtračný povrch 6 obklopuje výstupnú komoru 11, spojenú s výstupným potrubím 12.

Koncové časti stien, tvoriacich uvedený prvý filtračný povrch 5 a druhý filtračný povrch 6, sú nepriepustné a medzi týmito nepriepustnými časťami sú na každom konci axiálne pohyblivé prstencovité priečne steny 13 na stláčanie filtračného materiálu pod vplyvom tlakového média, dodávaného (prostriedkami, ktoré nie sú znázornené) do prstencovitých komôr 14.

- 5Pokiaľ ide o ďalšie konštrukčné a prevádzkové detaily, týkajúce sa priečnych stien 13 a ich funkcie, odkazujeme na vyššie uvedený US 4 839 040 (Alm), ktorý je sem zahrnutý odkazom.

Ako dôležitý znak tohto vynálezu sú v spodnej časti vstupnej komory 7 vytvorené prostriedky 15 na vháňanie'plynu, ako je vzduch.

V znázornenom uskutočnení uvedené prostriedky 15 tvoria vstupné potrubie 16, spájajúce zdroj (neznázornený) stlačeného plynu, napríklad vzduchu, s kruhovou rúrou 17, vybavenou rovnomerne odsadenými dýzami 18 na vháňanie plynu.

Sú možné niektoré iné konštrukcie prostriedkov 15 na vháňanie plynu. Napríklad kruhová rúra 17 môže byť umiestnená mimo komory 7 s dýzami, prenikajúcimi stenou 1 (neznázornené).

Prostriedky 15 sa dajú nahradiť alebo doplniť prostriedkami 19 (znázornené čiarkované) na vháňanie plynu do kontaminovanej vody, keď táto prechádza do komory 7 cez vstupné potrubie 8.

Bez ohľadu na to, ktoré prostriedky sa použijú na vháňanie plynu, podstatné je, aby sa vytvoril prúd drobných plynových bubliniek pozdĺž prinajmenšom podstatnej časti priepustnej časti steny, ktorá tvorí filtračný povrch 5, ako je schematicky znázornené na obr. 1.

I

Pri prevádzke zariadenia sa voda, ktorá sa má dekontaminovať, zavádza cez vstupné potrubie 8.

Touto kontaminovanou vodou, pochádzajúcou napríklad z vyššie uvedených priemyselných odvetví, je typicky slaná voda alebo sladká voda, obsahujúca kvapôčky uhľovodíkov a prípadne tiež jemné tuhé častice a rozpustené uhľovodíky a chemikálie. Ďalej môžu byť prítomné, alebo sa počas spracovania môžu vyskytnúť veľmi malé a teda ťažko oddeliteľné bublinky nasýtených pár.

Po vstupe do kruhovej vstupnej komory 7 kontaminovaná voda a najmä olejové kvapôčky v nej začnú vykonávať pohyb nahor.

Na zníženie množstva oleja a iných nerozpustených znečisťujúcich látok, ktoré dosahujú filter, je dôležité, aby sa podstatná časť znečistenín oddelila od vody počas jej prechádzania vstupnou komorou 7. Olejová fáza, obsahujúca prípadne tiež chemikálie, ktorá sa zhromažďuje na povrchu kvapaliny v komore 7, sa zberá

-6kontinuálnym alebo prerušovaným odsávaním cez výstupné potrubie 9, čiastočne ako pena spolu s určitým množstvom vody. To eliminuje riziko, že sa uvedený olej a chemikálie zanesú do filtra, alebo zablokujú otvory v povrchu 5. Takto odobratá zmes oleja a vody sa oddelí s použitím bežných prostriedkov (neznázornené) a vodná fáza sa recykluje na opätovné zavedenie cez vstupné potrubie 8.

Oddelenie olejovej fázy od vody v komore 7 je podporované plynovými bublinkami, ktoré sú v znázornenom uskutočnení vháňané cez dýzy _1_8, aby sa dosiahol okrem iného účinok, ktorý je ako taký známy z bežných flotačných procesov.

V znázornenom uskutočnení sa plyn, ktorý poslúžil ako flotačný plyn, odstráni cez potrubie 1_0, ale alternatívne sa plyn môže odvádzať spolu s olejom, penou a naplaveninami cez výstupné potrubie 9.

V spodnej časti komory 7 môžu byť vytvorené prostriedky (neznázornené) na kontinuálne alebo prerušované odvádzanie nánosov a usadenín, zhromaždených v uvedenej spodnej časti, čím sa vyhneme tomu, aby uvedené nánosy a usadeniny dosiahli povrch 5.

Počas prechodu kontaminovanej vody nahor cez komoru 7 sa jej časť pohybuje do stredu k prvému priepustnému povrchu 5, ktorý vykonáva funkciu začiatočnej filtrácie alebo preosiatia, zadržiavajúc pomerne veľké kvapôčky a častice, zatiaľ čo jemnejšie znečisteniny a rozpustené znečisťujúce látky sú strhávané vodou do samotného filtra 4, v ktorom sa tieto kontaminanty účinne adsorbujú alebo absorbujú (pre jednoduchosť to ďalej nazveme sorbujú).

Takto dekontaminovaný prúd vody cez filter dosiahne uvedený druhý povrch 6 z perforovaného alebo ináč priepustného materiálu, cez ktorý vstúpi do výstupnej komory 11., odkiaľ sa odvedie cez potrubie 12.

Olejové kvapôčky, tuhé častice a bublinky, ktoré sa usadzujú na prvom povrchu 5, môžu, najmä v bežných filtroch bez flotácie, alebo kde krok flotácie a krok filtrácie nie sú tak úzko viazané ako v tomto vynáleze, brániť správnej funkcii filtra a v spojitosti s určitými kontaminantami to môže byť znak, ktorý určuje dĺžku neprerušovanej prevádzky medzi spätnými preplachovaniami alebo obnoveniami filtra.

-7 Preto stieranie filtračného povrchu 5 pomocou stúpajúceho prúdu bubliniek, ktorý podporuje prúdenie kvapôčok a častíc kontaminantov smerom nahor, zabezpečuje nielen väčší podiel uvedených kontaminantov, ktoré dosiahnu povrch kvapaliny na odstránenie cez výstupné potrubie 9 bez styku s filtračným povrchom 5, ale tiež do určitej miery uvoľňuje kvapôčky, častice a bublinky, usadené na povrchu, predtým, než vytvoria súvislý, čiastočne nepriepustný povlak na povrchu filtra. Teda aplikácia plynových bubliniek má dvojaký účinok, ktorý zväčšuje dĺžku efektívnej prevádzky filtra.

Ako je znázornené, vháňanie plynu sa môže uskutočňovať cez dýzy 18, ale namiesto vlastných dýz sa vháňanie plynu môže uskutočniť s použitím prostriedkov zo sintrovaného skla alebo iných prostriedkov, bežných na vytváranie pomerne malých bubliniek.

Vytvorením podmienok, typických pre flotačný proces, v komore 7 a najmä v blízkosti filtračného povrchu 5, je v zariadení podľa tohto vynálezu možné zvýšiť pomer množstva olejovitých látok, odvedených z vrchnej časti vstupnej komory cez výstupné potrubie 9, k množstvu olejovitých látok, sorbovaných filtrom, čo znamená, že prvé uvedené množstvo môže byť podstatne väčšie než tisícnásobok druhého množstva.

Pri spracovaní odpadovej vody z priemyslu ťažby a spracovania ropy sa oddeľovanie olejovitých látok od vodnej fázy, obsahujúcej pomocné látky, môže často uľahčiť znížením hodnoty pH. V zariadení podľa tohto vynálezu sa toto dá pohodlne urobiť vháňaním oxidu uhličitého cez tie isté prostriedky 1_6, 17, 18 alebo 19, ako sa používajú na zavedenie flotačného plynu, ktorým je typicky atmosférický vzduch. Oxid uhličitý sa spontánne rozpúšťa v odpadovej vode a to znižuje hodnotu pH a tým znižuje emulgačný účinok povrchovoaktívnych látok, ktoré sú aktívne najmä pri zásaditých alebo neutrálnych pH hodnotách. Môžu sa tiež pridať pomocné látky na podporenie vločkovania, napríklad cezW.

V praktickom uskutočnení vynálezu sa dá urobiť niekoľko modifikácií v znázornenom zariadení. Tak by mohlo byť výhodné mať výstupné potrubie pre prefiltrovanú vodu, zodpovedajúce 12, tiež v hornej časti filtračnej jednotky. Tiež bude v praxi vhodné mať veko a spodný člen (2 a 3) vytvorené ako klenuté koncové kusy, aby sa dosiahla konštrukcia s väčšou odolnosťou proti tlaku.

-8Ako sme vysvetlili vyššie, tento vynález umožňuje dlhšie prevádzkové časy medzi každým čistením filtra spätným preplachovaním. Dĺžka tejto prevádzkovej doby je samozrejme ovplyvnená niekoľkými faktormi, medzi ktoré patria zloženie odpadovej vody a zaťaženie filtra, to znamená množstvo kvapaliny, ktorá prejde každým štvorcovým metrom filtra za jednotku času.

Niekoľko testov ukázalo, že s filtrom podľa tohto vynálezu sa dajú udržať dlhé prevádzkové časy, napríklad vždy 24 h, ak je filter zaťažený viac než 100 m³/h/m² znečistenej vody, ktorá sa vyčistí na menej než 5 mg oleja/liter.

Podľa najlepšieho vedomia vynálezcu táto vysoká kapacita spolu s veľmi kompaktnou konštrukciou spôsobuje, že zariadenie podľa tohto vynálezu z hľadiska pomeru kapacita/priestorové požiadavky predčí všetky doteraz ponúkané alebo navrhované zariadenia na podobné účely.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na čistenie vody, kontaminovanej kvapôčkami uhľovodíkovej kvapaliny a prípadne inými znečisťujúcimi látkami, zahrnujúce: v podstate zvisle umiestnený filter (4); vstupnú komoru (7) pre kontaminovanú vodu, čiastočne určenú prvým zvislým povrchom (5) uvedeného filtra; výstupnú komoru (11) pre prefiltrovanú vodu, čiastočne určenú druhým povrchom (6) uvedeného filtra na opačnej strane k prvému povrchu (5) vzhľadom na filter; privádzacie prostriedky (8) pre kontaminovanú vodu, nachádzajúce sa v spodnej časti vstupnej komory (7); výstupné prostriedky (9), spojené s hornou časťou vstupnej komory (7) na odstraňovanie uhľovodíkovej kvapaliny, oddelenej od vody v uvedenej vstupnej komore; a potrubné prostriedky (12) na odvedenie vyčistenej vody z uvedenej výstupnej komory; vyznačujúce sa tým, že má prostriedky (16, 17, 18, 19) na vháňanie plynu vo forme jemných bubliniek do kontaminovanej vody prinajmenšom na jednom mieste, zvolenom z miest v spodnej časti vstupnej komory (7) a miest v privádzacích prostriedkoch (8), na vytvorenie prúdu plynových bubliniek smerom nahor pozdĺž prvého zvislého filtračného povrchu (5) na uvoľňovanie a odstraňovanie smerom nahor kvapôčok uhľovodíkovej kvapaliny a bublín pár, usadených na filtračnom povrchu (5) a na strhávanie a odstraňovanie smerom nahor takýchto kvapôčok a bublín pár náchylných sa usadzovať na povrchu filtra, na oneskorené zablokovanie povrchu filtra a podporu spájania sa uvedených kvapôčok, na vytvorenie spojitej uhľovodíkovej fázy v hornej časti vstupnej komory (7).
2. 2. Zariadenie podľa nároku 1,vyznačujúc e sa tým, že filter (4) zahrnuje časticový, elastický, olej sorbujúci, regenerovateľný filtračný materiál, uzavretý medzi dvoma pre kvapalinu priepustnými podpernými vrstvami, ktoré tvoria prvý zvislý povrch (5) a druhý povrch (6).
3. 3. Zariadenie podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že výstupná komora (11) je tvarovaná ako zvislý, rotačné symetrický valec; filter (4) koaxiálne obklopuje uvedenú Výstupnú komoru a má prstencovitý, vodorovný

   - 10prierez; a vstupná komora (7) tvorí plášť okolo filtra a má prstencovitý, vodorovný prierez.
4. 4. Zariadenie podľa nároku 1,2 alebo 3, vyznačujúce sa tým, že prostriedkami na vháňanie plynu do kontaminovanej vody je najmenej jedna dýza (18), vložená do spodnej časti vstupnej komory a spojená so zdrojom stlačeného vzduchu.
5. 5. Zariadenie podľa nároku 4, vyznačujúce sa tým, že najmenej jednou dýzou (18) sú viaceré dýzy, rovnomerne rozložené na tej istej vodorovnej úrovni v spodnej časti vstupnej komory (7), na vyvolanie rovnomerného stierajúceho toku bubliniek nahor cez vodu vo vstupnej komore v blízkosti filtračného povrchu (5).
6. 6. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1, 2 alebo 3, vyznačujúce sa t ý m, že prostriedkami na vháňanie plynu do kontaminovanej vody je najmenej jedna dýza (19), vložená do privádzacích prostriedkov (8) a spojená so zdrojom stlačeného vzduchu, pričom najmenej jedna dýza je schopná rozptýliť vzduch rovnomerne do kontaminovanej vody predtým, než dosiahne spodnú časť vstupnej komory (7).
7. 7. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa t ý m, že má prostriedky na zavádzanie činidla, podporujúceho flotáciu, do kontaminovanej vody v privádzacích prostriedkoch pre ňu alebo v spodnej časti uvedenej vstupnej komory.
8. 8. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že výstupné prostriedky (9) pre uhľovodíkovú kvapalinu sú konštruované tiež na odvedenie plynu z hornej časti vstupnej komory (7).
9. 9. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúce sa t ý m, že má samostatné odvádzacie potrubné prostriedky (10) pre spotrebovaný flotačný plyn v hornej časti vstupnej komory (7).
10. 10. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa t ý m, že má prostriedky na zavádzanie CO2 do kontaminovanej vody, pričom prostriedkami sú prostriedky (16, 17, 18, 19), použité na vháňanie plynu, alebo sú to samostatné prostriedky, umiestnené v spodnej časti vstupnej komory (7) alebo v privádzacích prostriedkoch (8) k nej.
11. 11. Zariadenie podľa nároku 2, v y z n a č u j ú c e sa t ý m, že pre kvapalinu priepustná vrstva, ktorá tvorí prvý zvislý povrch (5) filtra, je z kovu a má štrbinové otvory so šírkou od 15 pm do 1 mm, výhodne od 15 pm do 50 pm.
12. 12. Zariadenie podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že filter (4) zahrnuje filtračný materiál medzi povrchmi (5) a (6), ktorým je organický polymér v granulovanej forme s vysokou stlačiteľnosťou.