УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2009 года по МПК C02F1/40 

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов.

Известно устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащее герметичный резервуар с установленной в нем напорной распределительной трубой, выполненной с отверстиями, обращенными к поверхности жидкости, снабженное заглубленными в воду насадками и установленными соосно напорной трубе отбойником в виде короба с патрубком, размещенным под насадками, и двумя установленными один над другим периферийными карманами, нижний из которых соединен трубопроводом с отбойником (SU №996332, МКИ C02F 1/00, 1981).

Недостаток этого решения - неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод из-за низкой степени их аэрирования.

Известно также устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащее резервуар, сопловой насадок для их подачи в виде свободно истекающей струи, размещенный соосно в полости кожуха, выполненного в виде стакана, открытого снизу, размещенного в полости отбойника, выполненного в виде стакана, большего диаметра, открытого сверху, причем кромка кожуха размещена ниже кромки отбойника, а верхняя часть кожуха, свободная от вод, выполнена с возможностью повышения давления в ней воздуха (SU №1632949, МКИ C02F 1/40, B01D 17/035, 1991).

Недостатком этого решения также является неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей, равномерно распределенных по их объему из-за недостаточно высокой равномерности распределения воздушных пузырьков по объему вод и их дисперсности.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в обеспечении возможности очистки нефтесодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей, равномерно распределенных по их объему.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что повышается степень аэрирования сточных вод при одновременном повышении равномерности аэрирования объема нефтесодержащих сточных вод тонкодисперсными пузырьками воздуха, что обеспечивает возможность флотирования тонкодисперсных частиц примесей и за счет этого позволяет довести степень очистки нефтесодержащих вод от свободных (нерастворенных) примесей до уровня не менее 99% от их исходного содержания.

Поставленная задача решается тем, что устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащее резервуар, сопловой насадок для их подачи в виде свободно истекающей струи, размещенный соосно в полости кожуха, выполненного в виде стакана, открытого снизу, размещенного в полости отбойника, выполненного в виде стакана, большего диаметра, открытого сверху, причем кромка кожуха размещена ниже кромки отбойника, а верхняя часть кожуха, свободная от вод, выполнена с возможностью повышения давления в ней воздуха, отличается тем, что нижняя часть зазора между стенками отбойника и резервуара связана с полостью флотирующего отсека дополнительного резервуара, образованного вертикальной отбойной перегородкой, разделяющей дополнительный резервуар на флотирующий и накопительный отсеки, при этом верхняя кромка отбойной перегородки размещена ниже минимального уровня воды в дополнительном резервуаре, верхняя часть объема которого, свободная от воды, выполнена с возможностью понижения давления в ней воздуха, при этом дополнительный резервуар выполнен с возможностью отвода из него флотированного объема примесей, а нижняя часть накопительного отсека дополнительного резервуара выполнена с возможностью отвода из него очищенной воды, кроме того, у нижней кромки кожуха размещены конфузорные сопла, продольные оси которых направлены к его продольной оси, с наклоном книзу, при этом сопла связаны каналами с верхней частью полости кожуха, свободной от вод. Кроме того, нижняя часть кожуха выполнена конфузорной. Кроме того, сопла размещены равномерно по периметру нижней кромки кожуха.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, что обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - повысить степень аэрирования сточных вод, при одновременном повышении равномерности аэрирования объема нефтесодержащих сточных вод тонкодисперсными пузырьками воздуха, что обеспечивает возможность флотирования тонкодисперсных частиц примесей и за счет этого позволяет довести степень очистки нефтесодержащих вод от свободных (нерастворенных) примесей до уровня не менее 99% от их исходного содержания.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач:

Признак «…нижняя часть зазора между стенками отбойника и резервуара связана с полостью флотирующего отсека…» обеспечивает возможность проведения повторной флотационной очистки при давлении, меньшем атмосферного, после флотационной очистки воды при атмосферном давлении. При этом для повторной очистки отбираются очищенные воды, максимально чистые их объемы. При этом объемы очищаемых вод используются в качестве гидравлических затворов, изолирующих друг от друга воздушные объемы с различным давлением воздуха.

Признаки, указывающие, что флотирующий отсек образован «…вертикальной отбойной перегородкой, разделяющей дополнительный резервуар на флотирующий и накопительный отсеки…», исключают взаимодействие объемов очищаемой воды (подвергающейся флотационной очистке) и уже очищенной.

Признаки «…при этом верхняя кромка отбойной перегородки размещена ниже минимального уровня воды в дополнительном резервуаре…» обеспечивают «перетекание» очищенной воды из флотирующего в накопительный отсеки дополнительного резервуара.

Признаки, указывающие, что верхняя часть объема дополнительного резервуара, «свободная от воды, выполнена с возможностью понижения давления в ней воздуха», инициируют и поддерживают процесс выделения из объема сточных вод воздуха, растворенного в них при повышенном давлении воздуха и частично выделившегося при атмосферном давлении (на предшествующей стадии флотационной очистки).

Признаки «…дополнительный резервуар выполнен с возможностью отвода из него флотированного объема примесей…» обеспечивают очистку полости дополнительного резервуара от флотированных примесей.

Признаки «…нижняя часть накопительного отсека дополнительного резервуара выполнена с возможностью отвода из него очищенной воды…» исключают попадание в отводимую очищенную воду флотированных примесей.

Признаки «…у нижней кромки кожуха размещены конфузорные сопла, продольные оси которых направлены к его продольной оси, с наклоном книзу, при этом сопла связаны каналами с верхней частью полости кожуха, свободной от вод…» позволяют повысить степень насыщения очищаемых вод воздухом, при этом, поскольку воздух эжектируют из зоны насыщения сточных вод воздухом, это упрощает организацию процедуры подачи дополнительного объема воздуха и повышает эффективность процесса насыщения вод воздухом, поскольку эжектируется воздух, находящийся под давлением, соответствующим давлению воздуха, использованного для насыщения сточных вод.

Признаки второго пункта формулы позволяют повысить скорость водовоздушной струи и тем самым повысить ее эжектирующие свойства. Кроме того, исключается образование зон рециркуляции водовоздушной струи между осью и кромкой кожуха, поскольку объем вод, введенных ею сразу, оказывается во «флотирующей» зоне.

Признаки третьего пункта формулы позволяют повысить равномерность ввода дополнительного воздуха в водовоздушную струю.

На фиг.1 схематически показан первый вариант устройства;

на фиг.2 схематически показан второй вариант устройства.

На чертежах показаны резервуар 1, сопловой насадок 2, кожух 3 с кромкой 4, отбойник 5 с кромкой 6, зазор 7 между стенками отбойника 5 и резервуара 1, дополнительный резервуар 8 с вертикальной отбойной перегородкой 9, разделяющей его на флотирующий 10 и накопительный 11 отсеки. Кроме того, показаны отводные патрубки 12 и 13 резервуара 1, отводные патрубки 14 и 15 дополнительного резервуара 8, дренажные патрубки 16 резервуара 1, дополнительного резервуара 8 и отбойника 5, питающий патрубок 17 резервуара 1, воздушные патрубки 18 и 19 соответственно резервуара 1 и дополнительного резервуара 8, распределитель 20, трубопровод 21, конфузорные сопла 22 с каналами 23. Кроме того, показаны поверхность жидкости 24, водовоздушная струя 25, слой пены 26, содержащий сфлотированные примеси.

Первый и второй варианты устройства отличаются конструкцией и компоновкой дополнительного резервуара, который в первом варианте выполнен в виде отдельной емкости, установленной над резервуаром 1, тогда как во втором варианте дополнительный резервуар 8 размещен концентрично относительно резервуара 1, так что внешняя стенка резервуара 1 является внутренней стенкой дополнительного резервуара 8. Соответственно, в первом варианте распределитель 20 выполнен в виде горизонтального диска с перфорированной верхней стенкой, а во втором варианте распределитель 20 имеет в плане вид кольцевого коллектора, размещенного на дне флотирующего отсека 10. При этом кольцевой коллектор распределителя 20 может быть связан с полостью зазора 7 резервуара 1 несколькими отводящими патрубками 12. Кромка 4 кожуха 3 размещена ниже кромки 6 отбойника 5. Дренирующие патрубки 16 резервуара 1 и дополнительного резервуара 8 размещены ниже приемных отверстий патрубков, обеспечивающих отвод воды из зазора 7 и накопительного отсека 11, и желательно должны быть размещены в разных точках периметра дна. Кроме того, показана конфузорная часть 27 кожуха 3.

Перечисленные элементы и детали не отличаются по конструкции и материалам от известных элементов и деталей, используемых по сходному назначению, при сходных требованиях по прочности, производительности и т.п. Верхняя часть объема кожуха 3 через воздушный патрубок 18 подключена к источнику сжатого воздуха - компрессору (на чертежах не показан). Верхняя часть объема дополнительного резервуара 8 через воздушный патрубок 19 подключена к вакуум-насосу (на чертежах не показан). Отводные патрубки 13 резервуара 1 и 14 дополнительного резервуара 8, обеспечивающие отвод сфлотированных примесей (пены), размещены на стенках резервуаров на уровне, соответствующем уровню жидкости в них.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Рабочие параметры в установке доводят до номинала, а именно резервуар заполняют водой (целесообразно на этапе запуска использовать очищенную воду), в полости кожуха 3 (в зоне насыщения воды воздухом) создают давление выше атмосферного до 0,1 МПа включением компрессора, подключенного к патрубку 18, кроме того, в воздушной полости дополнительного резервуара 8 создают разрежение до 0,03-0,05 МПа включением вакуум-насоса, подключенного к патрубку 19. Затем начинают подачу вод, подлежащих очистке. Очищаемые воды изливаются из соплового насадка 2 с высокой скоростью в виде струи под давлением 0,8-1,0 МПа вниз через слой воздуха (находящийся в кожухе 3 над поверхностью жидкости 24, уже имеющейся в резервуаре 1). В процессе движения через слой воздуха струя очищаемой воды захватывает большое количество воздуха, который под воздействием струи увлекается в объем жидкости, где диспергируется на мелкие пузырьки и частично растворяется в объеме воды, находящейся под поверхностью жидкости 24. В результате этого в объеме очищаемых вод формируется водовоздушная струя 25, распространяющаяся вглубь жидкости от ее поверхности. Глубина проникновения струи 25 и размеры ее поперечного сечения определяются параметрами подачи очищаемых вод. Взаимодействуя с выходными отверстиями конфузорных сопел 22, водовоздушная струя 25 за счет эжектирующего эффекта «подсасывает» в объем жидкости дополнительный объем сжатого воздуха (через каналы 23) из зоны насыщения воды воздухом. Далее очищаемые воды, насыщенные пузырьками диспергированного воздуха и воздухом, растворившимся в них, вытесняются через зону между дном резервуара 1 и кромкой 4 кожуха 3, где гасится энергия струи, в зазор между стенками кожуха 3 и отбойника 5. При этом в остальном объеме устройства течение воды принимает спокойный характер, конвективные токи отсутствуют. В этих условиях происходит интенсивное беспрепятственное разделение частиц примесей во всем объеме очищаемой жидкости (происходит флотация частичек нефтепродуктов пузырьками воздуха, т.е. образование агрегатов частица-пузырек, которые всплывают на поверхность благодаря их низкому удельному весу). В результате образуется слой пены 26, содержащий сфлотированные примеси, который удаляется известным способом через отводной патрубок 13. Чистая вода опускается ко дну резервуара 1 по зазору 7, где отводится через патрубок 7. Отбойник 5 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз, к патрубку 12 резервуара 1.

Далее, если используется вариант устройства, показанный на фиг.1, жидкость после первой стадии очистки подается по трубопроводу 21 к распределителю 20 дополнительного резервуара 8. Давление воды в распределительной камере 20 флотирующего отсека 10 определяется суммой давления воздуха над зеркалом воды и гидростатическим давлением в резервуаре 8. Его величина ниже атмосферного давления, и при поступлении воды по трубопроводу 21 в распределителе 20 происходит выделение мелких пузырьков растворенного воздуха вследствие уменьшения коэффициента растворимости за счет понижения давления. Выход водовоздушного потока из распределителя 20 в донную часть флотирующего отсека 10 обуславливает флотационную очистку во второй ступени мелкодисперсными пузырьками. Кроме того, при подъеме водовоздушной смеси в отсеке 10 уменьшается гидростатическое давление в водовоздушном потоке, что приводит к нарастанию мелкодисперсной воздушной массы вследствие непрерывного выделения пузырьков из объема очищаемой жидкости за счет уменьшения гидростатического давления. Средние размеры воздушных пузырьков во второй ступени многократно меньше средних размеров воздушных пузырьков, выделявшихся на первой стадии очистки. Их количество в единице объема значительно при нарастании по высоте потока и равномерном распределении по сечению. В этих условиях происходит интенсивная флотация частичек нефтепродуктов, оставшихся после первой стадии очистки, с образованием агрегатов частица-пузырек, которые всплывают на поверхность благодаря их низкому удельному весу. В результате на поверхности дополнительного резервуара 8 образуется слой пены 26, содержащий сфлотированные примеси, который периодически удаляется известным способом через отводные патрубки 14. Очищенная вода, как более плотная среда, увлекается вниз ко дну дополнительного резервуара 8, при этом вертикальная отбойная перегородка 9 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз, к патрубку 15 резервуара 8.

Далее, если используется вариант устройства, показанный на фиг.2, жидкость после первой стадии очистки через патрубки 12 выдавливается в кольцевой коллектор распределителя 20, который распределяет ее в донной части дополнительного резервуара 8. Поскольку давление в объеме его флотирующего отсека 10 оказывается меньшим давления воздуха, содержащегося в подаваемой воде (которое составляет не менее 0,1 МПа), происходит бурное аэрирование подаваемой воды большим количеством мелких воздушных пузырьков, средние размеры которых многократно меньше средних размеров воздушных пузырьков, выделявшихся на первой стадии очистки, число которых в единице объема существенно больше и которые распределены равномерно. В этих условиях происходит интенсивная флотация частичек нефтепродуктов, оставшихся после первой стадии очистки, с образованием агрегатов частица-пузырек, которые всплывают на поверхность благодаря их низкому удельному весу. В результате на поверхности дополнительного резервуара 8 образуется слой пены 26, содержащий сфлотированные примеси, который периодически удаляется известным способом через отводящие патрубки 14. Очищенная вода, как более плотная среда, увлекается вниз ко дну дополнительного резервуара 8, при этом вертикальная отбойная перегородка 9 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз, к патрубку 15 резервуара 8. Для периодической очистки дна резервуаров 1, 8 и отбойника 5 от накапливающегося шлама используют дренажные патрубки 16.

Коэффициент аэрации в предлагаемом устройстве в результате создания благоприятных условий для насыщения очищаемой жидкости воздухом составляет 10-12. Конечная степень очистки воды, обрабатываемой в предлагаемом устройстве, достигает 99%, что указывает на целесообразность применения предлагаемого устройства.

Применение предлагаемой конструкции повлечет резкое снижение затрат на очистку нефтесодержащих вод за счет низкой материалоемкости, дешевизны и простоты реализации метода, высокой степени очистки.

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, в том числе нефтепродуктов. Устройство содержит резервуар, сопловой насадок для подачи воды, размещенный соосно в полости кожуха, выполненного в виде стакана, открытого снизу. Стакан установлен в полости отбойника, выполненного в виде стакана большего диаметра, открытого сверху. Верхняя часть кожуха, свободная от вод, выполнена с возможностью повышения давления в ней воздуха. Нижняя часть зазора между стенками отбойника и резервуара связана полостью флотирующего отсека дополнительного резервуара, отделенного вертикальной отбойной перегородкой от накопительного отсека дополнительного резервуара. Верхняя часть объема дополнительного резервуара, свободная от воды, выполнена с возможностью понижения давления в ней воздуха. Технический результат состоит в повышении степени аэрирования сточных вод при одновременном повышении равномерности аэрирования объема нефтесодержащих сточных вод тонкодисперсными пузырьками воздуха. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащее резервуар, сопловой насадок для их подачи в виде свободно истекающей струи, размещенный соосно в полости кожуха, выполненного в виде стакана, открытого снизу, размещенного в полости отбойника, выполненного в виде стакана большего диаметра, открытого сверху, причем кромка кожуха размещена ниже кромки отбойника, а верхняя часть кожуха, свободная от вод, выполнена с возможностью повышения давления в ней воздуха, отличающееся тем, что нижняя часть зазора между стенками отбойника и резервуара связана с полостью флотирующего отсека дополнительного резервуара, образованного вертикальной отбойной перегородкой, разделяющей дополнительный резервуар на флотирующий и накопительный отсеки, при этом верхняя кромка отбойной перегородки размещена ниже минимального уровня воды в дополнительном резервуаре, верхняя часть объема которого, свободная от воды, выполнена с возможностью понижения давления в ней воздуха, при этом дополнительный резервуар выполнен с возможностью отвода из него флотированного объема примесей, а нижняя часть накопительного отсека дополнительного резервуара выполнена с возможностью отвода из него очищенной воды.

2. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по п.1, отличающееся тем, что у нижней кромки кожуха размещены конфузорные сопла, продольные оси которых направлены к его продольной оси с наклоном книзу, при этом сопла связаны каналами с верхней частью полости кожуха, свободной от вод.

3. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть кожуха выполнена конфузорной, при этом сопла размещены равномерно по периметру нижней кромки кожуха.