КОАЛЕСЦЕНТНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ И ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2023 года по МПК C02F1/40 B01D17/02 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод на автозаправочных станциях (АЗС), нефтебазах и нефтесборных пунктах нефтедобывающих предприятиях.

Для очистки ливневых стоков с территории автозаправочных станций, нефтесборных пунктов в составе их должны предусматриваться очистные сооружения подземного типа, обеспечивающие очистку стоков до требований норм предельно-допустимых концентраций, предъявляемым к стокам на грунт, в городскую ливневую канализацию или в рыбохозяйственные водоемы. Для этих целей могут применяться очистные сооружения как отечественного, так и импортного производства, отвечающего указанным требованиям [Бондарь В.А., Зоря Е.И., Цагарели Д.В. Операции с нефтепродуктами. М.: АОЗТ "Паритет", 1999 - 338 с.]. Основным показателем работы очистных сооружений является качество очистки. Промышленные и сточные воды перед сбросом с территории АЗС, нефтебаз в городскую ливневую канализацию или в водоем должны быть очищены в соответствии с существующими нормативными требованиями до концентрации в них нефтепродуктов - 0,05 мг/л. Концентрация взвешенных веществ не должна превышать 10,5 мг/л. [Коваленко В.Г., Зоря Е.И., Фролов Ю.Н. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. Учебное пособие. М. ООО «Центр ЛитНефтеГаз», 2004 - 176 с.].

На АЗС, нефтебазах и нефтесборных пунктах сточные воды загрязняются бензином, дизельным топливом, нефтью моторными и трансмиссионными маслами. Все перечисленные нефтепродукты и нефть относятся к горюче-смазочным материалам. Нефтепродукты и нефть образуют с водой водно-топливные эмульсии. Наиболее прочные эмульсии образуют горюче-смазочные материалы, имеющие плотность близкую к плотности воды (нефть, масла).

Известна установка очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов с использованием коалесцентного фильтра [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №158366 от 27.12.2015]. На решетку для приема сточной воды, имеющую приемный трубопровод, с задвижкой, оборудуется два фильтра-отстойника. Фильтры-отстойники соединены с помощью технологического трубопровода с вертикальным резервуаром для сбора сточной воды. Установка очистки сточных вод включает электронасосные установки. Электронасосная установка предназначена для откачки горючего с верхним слоем воды в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов (нефти). Эта же электронасосная установка предназначена для откачки по технологическому трубопроводу загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды. Электронасосная установка используется для подачи чистой воды через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию. Электронасосная установка также служит для самоочистки фильтров тонкой и грубой очистки. После самоочистки фильтров шлам с водой по трубопроводу поступает в резервуар для шлама. Отдельный резервуар с помощью технологического трубопровода связан с резервуаром для сбора сточной воды. На технологическом трубопроводе ниже резервуара монтируется смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды, которое включает корпус, смотровое стекло и фланцевые соединения. Резервуар для сбора сточной воды оборудуется коалесцентным фильтром. Коалесцентный фильтр состоит из элементов. В элементах имеются отверстия различного диаметра. Заборная труба оборудуется гибкими рукавами, которые соединены с всасывающей головкой. Всасывающая головка крепится на поплавке и опускается на глубину от 2 до 5 мм. Для откачки из заполненного нефтепродуктом или нефтью вертикального резервуара предназначена электронасосная установка.

Полезная модель работает следующим образом. Через решетку для приема сточной воды загрязненная сточная вода с механическими примесями, взвешенными веществами и нефтепродуктами поступает в первый фильтр-отстойник. В отстойнике часть механических примесей за счет гравитационных сил осаждается на дне фильтра-отстойника. После прохождения отстойника вода поступает в резервуар для сбора сточной воды, который оборудован коалесцентным фильтром. Вода проходит под нижний элемент фильтра. Вследствие меньшего удельного веса нефти и нефтепродуктов по сравнению с удельным весом воды они поднимаются вверх и контактируют с поверхностью элемента, при этом капли нефти и нефтепродуктов скользят вдоль поверхности элемента и скапливаются. Затем через отверстие в элементах капли нефтепродуктов (нефти) перетекают в зазор между нижним, средним и верхним элементом. Там происходит процесс укрупнения капель нефтепродуктов с дальнейшим перетеканием капель через отверстия. После этого капли нефтепродуктов поднимаются в верхний слой жидкости. После этого с помощью электроустановки через заборную трубу с гибкими рукавами через щели всасывающих головок нефтепродукт (нефть) с верхним слоем воды поступает в отдельный резервуар.

После откачки горюче-смазочных материалов с помощью электронасосной установки производится подача по трубе и технологическому трубопроводу загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, затем в фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды. Чистая вода из резервуара откачивается второй электронасосной установкой в городскую ливневую канализацию или на грунт. Из резервуара отстоявшаяся вода через трубопровод поступает в смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды Оператор через смотровое стекло следит за движением воды. При появлении горючесмазочных материалов в смотровом стекле он закрывает соответствующую задвижку.

Недостатками установки очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов с использованием коалесцентного являются:

1. Недостаточная эффективность очистки водно-топливных эмульсий коалесцентным фильтром.

2. Низкая производительность установки в связи с использованием фильтров мембранного типа.

3. Сложность и дороговизна установки.

Также известен коалесцентный фильтр для очистки сточных вод от нефтепродуктов, механических примесей и взвешенных веществ [Богданов А.Ю., Матвеев Ю.А. Патент на полезную модель №172536 от 11.07.2017 года]. Коалесцентный фильтр, имеющий приемный трубопровод сточной воды, с задвижкой, трубопроводы выдачи чистой воды и нефтепродуктов, оборудуется двумя решетками с ячейками различного диаметра. При этом на нижней решетке расположены ячейки большего диаметра, а на верхней меньшего. Также коалесцентный фильтр оборудуется внутренними элементами. В элементах имеются отверстия различного диаметра. В верхней части коалесцентного фильтра монтируется смотровая трубка для отделения нефтепродуктов от воды. Также нижняя часть фильтра оборудована люком для очистки от механических примесей и взвешенных веществ.

Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод, с открытой задвижкой загрязненная сточная вода с механическими примесями, взвешенными веществами и нефтепродуктами поступает в коалесцентный фильтр. В фильтре часть механических примесей за счет гравитационных сил осаждается на дне. Механические примеси более крупного диаметра задерживаются нижней решеткой, а меньшего диаметра верхней решеткой. Также решетками задерживаются взвешенные вещества. Далее вода с нефтепродуктами проходит под нижний элемент коалесцентного фильтра. Вследствие меньшего удельного веса нефтепродуктов по сравнению с удельным весом воды они поднимаются вверх и контактируют с поверхностью элемента, при этом капли нефтепродуктов скользят вдоль поверхности элемента и скапливаются. Таким образом, происходит их коалесценция. Затем через отверстие в нижнем элементе капли нефтепродуктов перетекают в зазор между нижним и средним элементом. Там происходит аналогичный процесс укрупнения капель нефтепродуктов у поверхности промежуточного элемента с дальнейшим перетеканием капель через отверстия в зазор между средним и верхним элементом. После этого капли нефтепродуктов аналогичным образом через отверстие верхнего элемента поднимаются в верхний слой жидкости. После заполнения фильтра закрывается задвижка входного трубопровода. С помощью смотровой трубки оператор устанавливает уровни нефтепродукта и воды. Затем он, используя смотровую трубку, через трубопровод выдачи сливает нефтепродукт в отдельную емкость. После этого через трубопровод выдачи оператор начинает слив чистой воды.

Недостатками коалесцентного фильтра для очистки сточных вод от нефтепродуктов, механических примесей и взвешенных веществ являются:

1. Недостаточная эффективность очистки водно-топливных эмульсий коалесцентным фильтром.

2. Невысокая скорость отделения воды от нефти и нефтепродуктов.

3. Сбор механических примесей и взвешенных веществ непосредственно в коалесцентном фильтре.

Наиболее близким к указанной проблеме является коалесцентный фильтр для очистки сточных вод на нефтедобывающих предприятиях [Богданов А.Ю., Матвеев Ю.А. Патент на полезную модель №180681 от 21.06.2018 года].

На нефтедобывающих предприятиях нефть, смешиваясь с водой, образует стойкую водно-топливную эмульсию, для разрушения которой необходимо применять деэмульгаторы (специальные реагенты для отделения воды от нефти). Также увеличивает скорость отделения воды от нефти процесс нагревания.

Коалесцентный фильтр, имеющий приемный трубопровод сточной воды, с задвижкой, трубопроводы выдачи чистой воды и нефти (нефтепродуктов), оборудуется двумя решетками с ячейками различного диаметра. Решетки предназначены для очистки сточной воды от механических примесей и взвешенных веществ.

Также коалесцентный фильтр оборудуется внутренними элементами. В элементах имеются отверстия различного диаметра. Элементы представляют собой тонкие гофрированные пластины из поливинилхлорида, которые имеют свойства притягивать частицы нефтепродуктов и оттягивать воду. При протекании через них воды образуется вибрация пластин. Тем самым создаются условия для всплытия укрупненных частиц нефти и оседанию с пластин, присоединившихся веществ.

В верхней части коалесцентного фильтра монтируется смотровая трубка для отделения нефти от воды.

Нижняя часть фильтра оборудована люком для очистки от механических примесей и взвешенных веществ.

Также фильтр оснащается нагревательными элементами и трубопроводом подачи деэмульгатора с задвижкой.

Введение в водно-нефтяную (водно-топливную) эмульсию деэмульгатора позволяет повысить скорость отделения воды от нефти и нефтепродуктов и улучшить качество процесса разделения.

Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод с открытой задвижкой загрязненная сточная вода с механическими примесями, взвешенными веществами и нефтью поступает в коалесцентный фильтр. После поступления сточной воды включаются нагревательные элементы. При осуществлении подачи деэмульгатора открывается задвижка трубопровода. В фильтре часть механических примесей за счет гравитационных сил осаждается на дне. Механические примеси более крупного диаметра задерживаются нижней решеткой, а меньшего диаметра верхней решеткой. Также решетками задерживаются взвешенные вещества.

Далее вода с нефтью (нефтепродуктами) проходит под нижний элемент коалесцентного фильтра. Вследствие меньшего удельного веса нефти по сравнению с удельным весом воды нефть поднимается вверх и контактирует с поверхностью элемента, при этом капли нефти скользят вдоль поверхности элемента и скапливаются. Таким образом, происходит их коалесценция. Затем через отверстие в нижнем элементе капли нефти перетекают в зазор между нижним и средним элементом. Там происходит аналогичный процесс укрупнения капель нефти у поверхности промежуточного элемента с дальнейшим перетеканием капель через отверстия в зазор между средним и верхним элементом. После этого капли нефти аналогичным образом через отверстие верхнего элемента поднимаются в верхний слой жидкости.

После заполнения фильтра закрывается задвижка входного трубопровода. С помощью смотровой трубки оператор устанавливает уровни нефти и воды. Затем он, используя смотровую трубку, через трубопровод выдачи сливает нефть (нефтепродукт) в отдельную емкость. После этого через трубопровод выдачи оператор начинает слив чистой воды. При заполнении нижней части фильтра механическими примесями и взвешенными веществами оператор открывает люк и очищает фильтр от осадка.

Недостатками коалесцентного фильтра для очистки сточных вод на нефтедобывающих предприятиях являются:

1. Сбор механических примесей и взвешенных веществ непосредственно в коалесцентном фильтре.

2. Большое количество воды, которое сливается вместе с нефтью (нефтепродуктами) в отдельную емкость.

3. Отсутствие автоматических устройств определения нефти и воды в коалесцентном фильтре.

Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения эффективности очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов.

Решение указанной задачи достигается тем, что коалесцентный фильтр дополнительно оборудуется фильтром для очистки механических примесей и взвешенных веществ, участком трубопровода для выдачи нефти, а также двумя оптическими датчиками с возможностью определения уровней нефти и воды, при этом оптические датчики расположены на расстоянии 10-15 см друг от друга и соединены с приемным устройством на рабочем месте оператора или другом специальном помещении.

Данные признаки являются существенными для решения задачи изобретения, так как увеличивается точность и уменьшается время определения уровней нефти и воды, значительно снижается количество воды сливаемой вместе с нефтью в отдельную емкость, а также отпадает потребность в очистке коалесцентного фильтра от механических примесей и взвешенных веществ.

Коалесценция - это процесс укрупнения (слияния) капель дисперсной фазы эмульсии с полной потерей разделяющей межфазной поверхности. Коалесцентный фильтр представляет собой корпус с элементами в верхней части, которых выполнены отверстия различного диаметра. Элементы выполнены в виде верхней части эллипсоида.

Сущность изобретения пояснена на фиг. 1, на которой изображен разрез предлагаемого коалесцентного фильтра.

Коалесцентный фильтр 1, имеющий приемный трубопровод сточной воды 2, с задвижкой 3, трубопроводы выдачи чистой воды 4 и нефти (нефтепродуктов) 5 оборудуется внутренними элементами 6. В элементах имеются отверстия 7 различного диаметра. При этом, наименьший диаметр отверстия на нижнем элементе, а наибольший на верхнем. Элементы представляют собой тонкие гофрированные пластины из поливинилхлорида, которые имеют свойства притягивать частицы нефтепродуктов и оттягивать воду. Гофрированные пластины являются самоочищающимися. При протекании через них воды образуется вибрация пластин. Тем самым создаются условия для всплытия укрупненных частиц нефти и оседанию с пластин, присоединившихся веществ.

В верхней части коалесцентного фильтра монтируется смотровая трубка 8 для отделения нефти от воды.

Также фильтр оснащается нагревательными элементами 9 и трубопроводом подачи деэмульгатора 10 с задвижкой 3. Нагревательные элементы предназначены для подогрева сточной воды 11. Нагревание сточной воды увеличивает скорость отделения воды от нефти 12 (нефтепродуктов).

Введение в водно-нефтяную (водно-топливную) эмульсию деэмульгатора позволяет повысить скорость отделения воды от нефти и нефтепродуктов и улучшить качество процесса разделения. Деэмульгатор подается по трубопроводу с помощью насоса-дозатора из отдельной емкости.

Дополнительно приемный трубопровод 2 коалесцентного фильтра 1 оборудуется фильтром 13 для очистки механических примесей и взвешенных веществ. Фильтр 13 оснащается двумя решетками 14,15 с ячейками различного диаметра. При этом на первой решетке расположены ячейки большего диаметра, а на второй меньшего диаметра. В нижней части фильтра 13 находится кран 16 для слива (очистки) от механических примесей и взвешенных веществ.

Коалесцентный фильтр 1 оборудуется участком трубопровода 17 с задвижкой 3, который соединен с трубопроводом выдачи нефти 5. Участок трубопровода предназначен для слива нефти при соответствующем ее уровне в фильтре 1.

Также коалесцентный фильтр 1 в верхней боковой части дополнительно оборудуется двумя оптическими датчиками 18. Оптические датчики расположены в 10-15 см друг от друга. Оптические датчики предназначены для определения соответствующих уровней нефти (нефтепродукта) и воды. Коэффициенты преломления нефти и воды имеют разные значения. Оптические датчики 18 соединены с приемным устройством на рабочем месте оператора или другом специальном помещении.

Изобретение работает следующим образом. Через приемный трубопровод 2, с открытой задвижкой 3 загрязненная сточная вода 11 с механическими примесями, взвешенными веществами и нефтью 12 поступает фильтр 13. В фильтре 13 часть механических примесей 19 за счет гравитационных сил осаждается на дне. Механические примеси более крупного диаметра задерживаются решеткой 14, а меньшего диаметра решеткой 15. Также решетками задерживаются взвешенные вещества 20.

Затем сточная вода поступает в коалесцентный фильтр 1. После поступления сточной воды включаются нагревательные элементы 9. В зависимости от загрязненности нефтью сточной воды оператор принимает решение на подачу (отсутствие подачи) деэмульгатора по трубопроводу 10 с помощью насоса-дозатора из отдельной емкости. При осуществлении подачи деэмульгатора открывается задвижка 3 трубопровода 10. Далее вода с нефтью (нефтепродуктами) проходит под нижний элемент 6 коалесцентного фильтра. Скорость поступления воды в фильтр регулируется соответствующей задвижкой 3 входного трубопровода 2. Вследствие меньшего удельного веса нефти 12 по сравнению с удельным весом воды нефть поднимается вверх и контактирует с поверхностью элемента, при этом капли нефти скользят вдоль поверхности элемента и скапливаются. Таким образом, происходит их коалесценция. Затем через отверстие в нижнем элементе 7 капли нефти перетекают в зазор между нижним и средним элементом. Там происходит аналогичный процесс укрупнения капель нефти у поверхности промежуточного элемента с дальнейшим перетеканием капель через отверстия в зазор между средним и верхним элементом. После этого капли нефти аналогичным образом через отверстие 7 верхнего элемента 6 поднимаются в верхний слой жидкости. Поскольку диаметр отверстия нижнего элемента минимальный, среднего средний, а верхнего элемента максимальный происходит постепенное увеличение размеров капель нефти.

После заполнения коалесцетного фильтра закрывается задвижка 3 входного трубопровода 2. С помощью смотровой трубки 8 оператор устанавливает уровни нефти и воды. Затем он, используя смотровую трубку, через участок трубопровода с соответствующей задвижкой 3 или трубопровод выдачи 5 сливает нефть (нефтепродукт) в отдельную емкость. Применение участка трубопровода 17 или трубопровода выдачи 5 зависит от уровней нефти и воды в коалесцентном фильтре 1.

Также оператор может определить уровни нефти и воды с помощью оптических датчиков 18 непосредственно на рабочем месте. Оптические датчики показывают различные коэффициенты преломления при их достижении нефтью или водой. Определив уровни нефти 12 и воды 11, оператор открывает участок трубопровода 17 с соответствующей задвижкой 3 или трубопровод выдачи 5 для слива нефти (нефтепродукта) в отдельную емкость.

После этого через трубопровод выдачи 4 оператор начинает слив чистой воды. Очистка сточной воды через коалесцентный фильтр позволяет повысить производительность установки, отказаться от дорогостоящих сорбентов и фильтров для очистки воды от нефти и нефтепродуктов, а также экономический эффект может принести сдача нефти на переработку.

Предварительная очистка сточной воды позволяет исключить попадание в коалесцентный фильтр механических примесей и взвешенных веществ.

При этом также увеличивается точность и уменьшается время определения уровней нефти и воды, значительно снижается количество воды сливаемой вместе с нефтью в отдельную емкость.

Изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод и применимо на нефтяных предприятиях. Коалесцентный фильтр включает корпус и элементы с отверстиями различного диаметра, смотровую трубку, нагревательные элементы, трубопровод подачи деэмульгатора, трубопроводы подачи сточной воды, отвода нефти и чистой воды. Коалесцентный фильтр дополнительно оборудуется фильтром для очистки механических примесей и взвешенных веществ, дополнительным участком трубопровода, соединенным с трубопроводом выдачи нефти, а также двумя оптическими датчиками с возможностью определения уровней нефти и воды. Технический результат: повышение эффективности очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов за счет предварительной очистки сточных вод от механических примесей и взвешенных веществ и точности определения уровней нефти и воды. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Коалесцентный фильтр для очистки сточных вод с предварительной фильтрацией механических примесей и взвешенных веществ, включающий корпус и элементы с отверстиями различного диаметра, смотровую трубку, нагревательные элементы, трубопровод подачи деэмульгатора, трубопроводы подачи сточной воды, отвода нефти и чистой воды, отличающийся тем, что коалесцентный фильтр дополнительно оборудуется фильтром для очистки механических примесей и взвешенных веществ, дополнительным участком трубопровода, соединенным с трубопроводом выдачи нефти, а также двумя оптическими датчиками с возможностью определения уровней нефти и воды.

2. Коалесцентный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что оптические датчики расположены на расстоянии 10-15 см друг от друга.

3. Коалесцентный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что оптические датчики соединены с приемным устройством на рабочем месте оператора.