УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2008 года по МПК C02F1/40 

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих вод и может быть использовано для очистки производственных, нефтепромысловых и ливневых вод.

Известен способ очистки природных и сточных вод электрофлотацией /1/ в присутствии коагулянтов и флокулянтов в устройстве, содержащем электроды, расположенные в нижней части устройства. Исходная очищаемая вода равномерно поступает сверху вниз на флотошлам через верхнюю распределительную систему, а осветленная вода проходит электродную зону, где дополнительно очищается от органических примесей.

Реализация способа требует применения коагулянта и флокулянта, что увеличивает эффект очистки, но и увеличивает эксплуатационные затраты. Кроме того, верхняя подача воды приводит к разрушению пенного слоя флотошлама и уменьшению эффекта очистки воды.

Известно устройство для очистки нефтесодержащих вод /2/, включающее отстойник, разделенный на 3 секции, из которых две крайние секции снабжены коалесцирующими гидрофобными фильтрами, расположенными между четырьмя перегородками; крайние секции снабжены распределителями воды, выполненными в виде трубчатых коллекторов с ответвлениями, снабженными закручивающими устройствами в виде цилиндроконических гидроциклонов, при этом распределители расположены ниже уровня границы фаз «нефть - вода», что предотвращает образование промежуточного слоя на границе раздела фаз, состоящего из воды, нефти и взвешенных частиц. Доочистка воды происходит за счет фильтрования в насадках из полимерных материалов.

Недостатком устройства является невысокая эффективность использования объема отстойника и невысокие гидравлические нагрузки, а также перемешивание слоя нефти и потоков струй нефтесодержащей воды, что приводит к дополнительному эмульгированию и, в конечном итоге, уменьшению эффекта очистки воды.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является гидрофобно-коалесцируюший фильтр /3/, содержащий цилиндроконический корпус, в котором размещен слой контактной массы из нефти с образованием границы раздела нефть - вода, камеру коалесценции с сетками, между которыми размещена коалесцирующая загрузка, патрубки для подвода сточной воды и отвода очищенной воды, нефти и осадка, причем камера коалесценции выполнена в виде патрона, расположенного коаксиально, корпус с образованием кольцевого зазора между ними, в котором размещена глухая перегородка, образующая в нижней части корпуса секцию гидроциклона, отношение расстояния между перегородкой и границей раздела нефть - вода к высоте патрона равно 1:1-1:1,2, при этом верхний торец патрона расположен на уровне границы раздела нефть - вода, а отношение высоты патрона к высоте корпуса под границей раздела нефть - вода равно 1:1,1 -1:1,2, причем площадь сечения патрона относится к площади кольцевого зазора, как 1:3-1:5, устройство дополнительно снабжено сетками, расположенными выше и ниже границы раздела нефть - вода, между которыми расположены гидрофильные гранулированные твердофазные частицы, причем отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть - вода к высоте корпуса над границей раздела нефть - вода равно 1:1-1:2, отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть - вода к высоте слоя гранул под границей раздела нефть - вода равно 1:1-1:2, а отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть - вода к высоте патрона равно 1:5-1:10, патрубок подвода воды расположен тангенциально корпусу.

Недостатком известного фильтра является невысокая скорость фильтрования.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу увеличения скорости фильтрования, увеличение эффекта очистки воды.

Указанная задача решается тем, что устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащее цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками, в котором размещен слой контактной массы из нефти с образованием границы раздела нефть - вода, камеру коалесценции с коалесцирующей загрузкой, гидроциклон, патрубки для подвода сточной воды и отвода очищенной воды, нефти и осадка, согласно изобретению разделено двумя горизонтальными перегородками на три камеры, верхняя из которых заполнена контактной массой, состоящей из нефти, в средней вертикально размещены идентичные гидроциклоны количеством более двух, в нижней отстойной камере накапливается осадок, каждый из гидроциклонов состоит из трех частей, нижняя имеет вид сужающегося книзу конуса, имеющего вход в отстойную камеру, средняя часть - цилиндрическая, верхняя часть имеет вид расширяющегося кверху конуса, имеющего выход в камеру с контактной массой, имеющего перфорационные отверстия, причем верхняя часть заполнена коалесцирующим зернистым материалом, у дна средней камеры расположено водосборное устройство в виде концентрических перфорированных колец, выше которых находятся перфорированный нерастворимый анод и сетчатый катод электрофлотатора. Отношение площади сечения всех гидроциклонов к площади межтрубного пространства в верхней части равно 0,7...0,8, в средней части - 0,1...0,2. Верхняя часть гидроциклона заполнена полистирольными гранулами фракции 4...5 мм. Анод электрофлотатора выполнен из графита, катод - из медной сетки, плотность катодного тока составляет 100 А/м².

На фигуре 1 представлена конструкция аппарата, на фигуре 2 - сечение аппарата, на фигуре 3 - график зависимости времени флотации от диаметра пузырьков газа и извлекаемых частиц (а).

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с крышками 2, патрубок подвода сточной воды 3 и отвода очищенной воды 4, патрубок отвода нефти 5 и осадка 6. В корпусе находятся верхняя горизонтальная перегородка 7 и нижняя горизонтальная перегородка 8, разделяющие корпус устройства на 3 камеры. Верхняя камера 9 заполнена контактной массой углеводородной жидкости (нефтью), в средней камере 10 размещены гидроциклоны 11, нижняя камера 12 предназначена для отстаивания воды, осаждения и накопления осадка.

Подвод сточной воды к гидроциклонам осуществляется тангенциально с помощью распределительной системы 13. Гидроциклоны состоят из трех частей. Нижняя часть имеет вид сужающегося книзу конуса, имеющего выход в отстойную камеру, средняя часть - цилиндрическая, верхняя часть имеет вид расширяющегося кверху конуса, имеющего выход в камеру с контактной массой. В верхней части гидроциклона выполнена перфорация. Верхняя часть гидроциклона заполнена гранулами гидрофобного материала - полистирола 14.

У дна средней камеры 10 расположено водосборное устройство 15, представляющее собой концентрически расположенные перфорированные кольца, выполненные из труб, соединенные водоводом с патрубком отвода очищенной воды 4. На фигуре 1 показаны 3 кольца.

Над водосборным устройством 15 расположены электроды электрофлотатора. Анод 16 выполнен из графита, имеет перфорацию для прохождения воды. Катод 17 выполнен из медной сетки.

Очистка сточных вод производится следующим образом. Сточную воду сквозь патрубок 3 подают в распределительную систему 13, подводят к гидроциклонам 11 тангенциально. Под действием центробежных сил взвешенные вещества перемещаются к стенкам гидроциклона, сползают вниз, накапливаются в камере 12. Вода в корпусе гидроциклона поднимается вверх, проходит в слое коалесцирующего материала 14, обладающего гидрофобными свойствами. Эмульгированные капли нефти смачивают поверхность гранул полистирола, образуя пленку за счет коалесценции отдельных капель. Нефтяная пленка под действием гидродинамических сил перемещается вверх и коалесцирует со слоем контактной массы (нефти). Вода вытекает через верхний торец гидроциклона и через перфорационные отверстия, частично фильтруясь через слой углеводородной жидкости (нефти), за счет чего происходит ее очистка.

Предварительно очищенная от нефти и взвешенных веществ вода поступает в межтрубное пространство и перемещается вниз к водосборному устройству 15.

При подаче разности потенциалов между катодом 17 и анодом 16 происходит электролиз воды с образованием пузырьков газа. Пузырьки газа, всплывая на поверхность, флотируют остаточные загрязнения к границе раздела нефти и воды, где капли эмульгированной нефти коалесцируют со слоем нефти. Избыток нефти удаляется через патрубок 5.

Противоточное движение воды и пузырьков газа увеличивает эффект очистки воды.

Примеры реализации

Пример 1. Определяли время флотации нефтесодержащей воды до достижения эффекта очистки воды, равного 98%. Контролировали размер газовых пузырьков и размер извлекаемых капель эмульгированной нефти. Результаты приведены на фигуре 3. Из приведенных результатов следует, что для мелких извлекаемых частиц размером 5-20 мкм наиболее эффективна флотация пузырьками газа размером 40 мкм, при этом наблюдается минимальное время флотации для каждого из графиков. Этот результат объясняется оптимальным сочетанием скорости всплытия пузырька диаметром 40 мкм и его подъемной силой. Эксперименты показали, что пузырьки диаметром 40 мкм получаются при плотности катодного тока электрофлотатора, равной 100 А/м². Дальнейшие испытания заявленного устройства проводили при этом же значении плотности тока.

Пример 2. Корпус устройства имеет диаметр 1000 мм, высоту 3000 мм. Количество гидроциклонов - 17 штук, их длина - 2000 мм. Диаметр цилиндрической части 100 м, длина 750 мм. Длина нижнего конуса - 500 мм, верхнего конуса 750 мм. Диаметр перфорационных отверстий - 3 мм.

В качестве коалесцирующего материала использованы гранулы полистирола фракции 4...5 мм.

Отношение площади сечения всех гидроциклонов к площади межтрубного пространства в верхней части равно 0,7...0,8, в средней (цилиндрической) части равно 0,1...0,2.

Результаты испытаний приведены в таблице.

ТаблицаЗагрязняющее веществоПрототипИзобретениеСкорость фильтрования, м/чИсходная концентрация, мг/лКонечная концентрация, мг/лЭффект очистки, %Скорость фильтрования, м/чИсходная концентрация, мг/лКонечная концентрация, мг/лЭффект очистки, %Нефть товарная108601398,530860599,4Взвешенные вещества10330698,230330399,0

На основании экспериментальных данных следует, что достигнут высокий эффект очистки воды от нефти и взвешенных веществ в то время, как скорость фильтрования (гидравлическая нагрузка) увеличилась в 3 раза по сравнению с прототипом.

Литература

1. Патент РФ №2268860, МПК C02F 1/465, C02F 1/52. Способ очистки природных и сточных вод электрофлотацией. /Литванов В.Ф., Кулакова С.И., Кулакова С.Г./.

2. Патент РФ №2257352, МПК C02F 1/40, C02F 103:34. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод. /Адельшин А.Д., Потехин Н.И., Адельшин А.А./.

3. Патент РФ №2170706, МПК C02F 1/40, C02F 103:34. Устройство для очистки нефтесодержащих вод. /Назаров В.Д., Русакович А.А., Пустовалов М.Ф./.

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих вод и может быть использовано для очистки производственных, нефтепромысловых и ливневых вод. Устройство содержит цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками, в котором размещен слой контактной массы из нефти, камеру коалесценции с коалесцирующей загрузкой, гидроциклон, патрубки для подвода сточной воды и отвода очищенной воды, нефти и осадка. Устройство разделено двумя горизонтальными перегородками на три камеры, верхняя из которых заполнена контактной массой из нефти, в средней вертикально размещено более двух идентичных гидроциклонов, в нижней отстойной камере накапливается осадок. Каждый из гидроциклонов состоит из трех частей, нижняя имеет вид сужающегося книзу конуса, имеющего вход в отстойную камеру, средняя часть - цилиндрическая, верхняя часть имеет вид расширяющегося кверху перфорированного конуса, имеющего выход в камеру с контактной массой. Верхняя часть заполнена коалесцирующим зернистым материалом, у дна средней камеры расположено водосборное устройство в виде концентрических перфорированных колец, выше которых находятся перфорированный нерастворимый анод и сетчатый катод электрофлотатора. Технический результат состоит в увеличении скорости фильтрования и увеличении эффекта очистки воды. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащее цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками, в котором размещен слой контактной массы из нефти с образованием границы раздела нефть - вода, камера коалесценции с коалесцирующей загрузкой, гидроциклон, патрубки для подвода сточной воды и отвода очищенной воды, нефти и осадка, отличающееся тем, что устройство разделено двумя горизонтальными перегородками на три камеры, верхняя из которых заполнена контактной массой, состоящей из нефти, в средней вертикально размещены идентичные гидроциклоны количеством более двух, в нижней отстойной камере накапливается осадок, каждый из гидроциклонов состоит из трех частей, нижняя имеет вид сужающегося книзу конуса, имеющего вход в отстойную камеру, средняя часть - цилиндрическая, верхняя часть имеет вид расширяющегося кверху конуса, имеющего выход в камеру с контактной массой, имеющего перфорационные отверстия, причем верхняя часть заполнена коалесцирующим зернистым материалом, у дна средней камеры расположено водосборное устройство в виде концентрических перфорированных колец, выше которых находятся перфорированный нерастворимый анод и сетчатый катод электрофлотатора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение площади сечения всех гидроциклонов к площади межтрубного пространства в верхней части равно 0,7...0,8, в средней части - 0,1...0,2.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя часть гидроциклона заполнена полистирольными гранулами фракции 4...5 мм.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анод электрофлотатора выполнен из графита, катод - из медной сетки, плотность катодного тока 100 А/м².