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).

Недостаток этого решения - неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод, поскольку тонкодисперсные примеси, равномерно распределенные по их объему, не могут быть полностью удалены из-за недостаточно высокой равномерности распределения воздушных пузырьков по объему вод и их недостаточной дисперсности, кроме того, нефтепродукты, растворившиеся в воде, практически не могут быть удалены из нее.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в повышении степени очистки нефтесодержащих сточных вод.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении степени 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. Кроме того, обеспечивается возможность отделения нефтепродуктов, растворившихся в воде.

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 распределителем, размещенным в нижней части полости флотирующего отсека дополнительного резервуара, отделенного вертикальной отбойной перегородкой от накопительного отсека дополнительного резервуара, 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 через воздухоотводящий патрубок, приемное отверстие которого расположено в верхней точке дополнительного резервуара, при этом распределитель выполнен с возможностью прогрева воды до температуры, близкой к температуре кипения. Кроме того, дополнительный резервуар выполнен с возможностью отвода из него флотированного объема примесей. Кроме того, нижняя часть накопительного отсека дополнительного резервуара выполнена с возможностью отвода из него очищенной воды. Кроме того, воздухоотводящий патрубок выполнен с возможностью отбора парообразных материалов. 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, 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 и обеспечить возможность отделения нефтепродуктов, растворившихся в воде.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

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

Признаки «…нижняя часть зазора между стенками отбойника и резервуара связана с полостью флотирующего отсека…» обеспечивают возможность проведения повторной флотационной очистки при давлении меньше 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 «…нижняя часть зазора между стенками отбойника и резервуара связана с распределителем, размещенным в нижней части полости флотирующего отсека дополнительного резервуара…», обеспечивают передачу жидкости, очищенной на первом этапе, в дополнительный резервуар и ее ввод, оптимальный по условиям флотирования.

Признаки, указывающие, что флотирующий отсек отделен «…вертикальной отбойной перегородкой от накопительного отсека дополнительного резервуара…» исключают взаимодействие (перемешивание) объемов очищаемой воды (подвергающейся флотационной очистке) и уже очищенной.

Признаки «…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).

Признак, указывающий, что возможность понижения давления в верхней части объема дополнительного резервуара реализуется «…через воздухоотводящий патрубок, приемное отверстие которого расположено в верхней точке дополнительного резервуара…» обеспечивает полноценное удаление испаренного материала (паров воды и/или нефтепродуктов).

Признаки, указывающие, что «…распределитель выполнен с возможностью прогрева воды до температуры, близкой к температуре кипения…» обеспечивают интенсификацию процесса аэрирования жидкости на втором этапе флотации и удаление из нее растворившихся нефтепродуктов.

Признаки второго пункта формулы обеспечивают очистку полости дополнительного резервуара от флотированных примесей.

Признаки третьего пункта формулы исключают попадание в отводимую очищенную воду флотированных примесей.

Признаки четвертого пункта формулы 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 пятого 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-нагреватель 20 (кольцевой коллектор 27), 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.

Кроме того, в первом варианте (см. фиг.1) распределитель-нагреватель 20 выполнен в виде теплообменника, вход тепловоспринимающего контура которого подключен к трубопроводу 21, а выход выполнен в виде перфорированных отверстий в верхней стенке распределителя-нагревателя, открытых в полость флотирующего отсека 10 дополнительного резервуара 8. При этом теплоотдающий контур распределителя-нагревателя 20 выполнен в виде трубчатого теплообменника, подключенного к источнику теплоты (на чертежах не показан) с рабочим агентом, обладающим соответствующими тепловыми параметрами, например к системе охлаждения энергетических установок (с учетом работы в условиях пониженного давления в резервуаре 8 температура кипения флотируемой жидкости будет находиться в диапазоне 67-80°С).

Соответственно во втором варианте распределитель-нагреватель имеет в плане вид кольцевого коллектора 27, размещенного на дне флотирующего отсека 10. При этом его тепловоспринимающий контур подключен к нескольким отводящим патрубкам 12 непосредственно (отсутствует трубопровод 21), связывающим полость кольцевого коллектора 27 с полостью зазора 7 резервуара 1. Выход кольцевого коллектора выполнен в виде перфорированных отверстий в верхней части стенки, открытых в полость флотирующего отсека 10 дополнительного резервуара 8. В полости кольцевого коллектора 27 известным образом размещен теплоотдающий контур распределителя-нагревателя 20, выполненный в виде трубопровода, подключенного к источнику теплоты (на чертежах не показан) с рабочим агентом, обладающим соответствующими тепловыми параметрами.

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 28 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), при этом приемное отверстие патрубка 19 расположено в верхней точке дополнительного резервуара 8.

Отводные патрубки 13 резервуара 1 и отводные патрубки 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. Кроме того, включают подачу тепла в распределитель-нагреватель 20 или кольцевой коллектор 27. 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 очищаемые воды захватывают большое количество воздуха, который под воздействием среды диспергируется на мелкие пузырьки и частично растворяется в объеме струи и 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 себя 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. Очищенная вода как более плотная среда увлекается вниз ко дну резервуара, при этом 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-нагревателю 20 дополнительного резервуара 8. Здесь очищаемые воды проходят по тепловоспринимающему контуру и нагреваются теплом, переносимым рабочим агентом, проходящим по теплоотдающему контуру. Кипение воды достигается при температуре меньше 100°С, которая тем ниже, чем выше уровень вакуума, поддерживаемый в дополнительном резервуаре 8, например при давлении 0,03 МПа температура кипения составит 67°С, а при давлении 0,05 МПа температура кипения составит 80°С. Это обеспечивает, в свою очередь, прогрев и барботирование (образующимися пузырьками пара) объема вод, находящегося в полости распределителя-нагревателя 20. Одновременно испаряются и вещества с температурой кипения ниже 100°С, растворенные в воде. Далее термически обработанные воды выпускаются в полость флотирующего отсека 10.

Поскольку давление в объеме флотирующего отсека 10 оказывается меньше давления воздуха, содержащегося в подаваемой воде (которое составляет не менее 0,1 МПа), происходит бурное аэрирование подаваемой воды большим количеством мелких воздушных пузырьков (а именно, воздуха, растворенного в воде), 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. Кроме того, идет интенсивное перемешивание объема воды за счет барботирования пузырьками пара. 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. Пары нефтепродуктов и воды удаляются через воздушный патрубок 19 дополнительного резервуара 8 в процессе работы вакуум-насоса, после чего они известным образом отделяются от воздуха и разделяются (либо сбрасываются в нефтесодержащие воды, подлежащие очистке). 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.

Если используется вариант устройства, показанный на фиг.2, жидкость после первой стадии очистки через патрубки 12 выдавливается в кольцевой коллектор 27, который обеспечивает ее прогрев и распределяет ее в донной части флотирующего отсека 10 дополнительного резервуара 8. Поскольку давление в объеме флотирующего отсека 10 оказывается меньше давления воздуха, содержащегося в подаваемой воде (которое составляет не менее 0,1 МПа), происходит бурное аэрирование подаваемой воды большим количеством мелких воздушных пузырьков (а именно, воздуха, растворенного в воде), 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. Кроме того, идет интенсивное перемешивание объема воды за счет барботирования пузырьками пара. 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. Пары нефтепродуктов и воды удаляются через воздушный патрубок 19 дополнительного резервуара 8 в процессе работы вакуум-насоса, после чего они известным образом отделяются от воздуха и разделяются (либо сбрасываются в нефтесодержащие воды, подлежащие очистке). 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 все повторяется.

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 с распределителем, размещенным в нижней части полости 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. Распределитель выполнен с возможностью прогрева воды до температуры, близкой к температуре кипения. Технический результат состоит в повышении степени аэрирования сточных вод при одновременном повышении равномерности аэрирования объема нефтесодержащих сточных вод тонкодисперсными пузырьками воздуха. 4 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 распределителем, размещенным в нижней части полости флотирующего отсека дополнительного резервуара, отделенного вертикальной отбойной перегородкой от накопительного отсека дополнительного резервуара, 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 через воздухоотводящий патрубок, приемное отверстие которого расположено в верхней точке дополнительного резервуара, при этом распределитель выполнен с возможностью прогрева воды до температуры, близкой к температуре кипения.

2. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по п.1, отличающееся тем, что дополнительный резервуар выполнен с возможностью отвода из него флотированного объема примесей.

3. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть накопительного отсека дополнительного резервуара выполнена с возможностью отвода из него очищенной воды, кроме того, воздухоотводящий патрубок выполнен с возможностью отбора парообразных материалов.

4. 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.

5. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по п.1, отличающееся тем, что сопла размещены равномерно по периметру нижней кромки кожуха.