УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к устройствам для очистки сточных вод от нефтепродуктов и твердых взвешенных частиц (ТВЧ) под действием флотационных и центробежных сил и может быть использована в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.
Известно устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, включающее цилиндроконический корпус с тангенциальным входным патрубком, сливным и Песковым патрубками, сливную камеру с патрубками отвода нефтепродуктов и осветленной воды (см. а.с. 1304 899, кл. В 04 С 9/00, 1981 г.).
Исходную смесь жидкостей подают через тангенциальный патрубок в цилиндроконический корпус, где она закручивается. При этом тяжелая жидкость отбрасывается на периферийную область к стенкам корпуса, а легкая - вытесняется в центральную область. Затем их выводят через соответствующие патрубки.
Недостатком известного устройства является низкая эффективность разделения из-за того, что на границе центральной области с легкой жидкостью и периферийной - с тяжелой жидкостью происходит обратное перемешивание жидкостей из-за интенсивной турбулентности.
Эффективность разделения особенно мала для жидкостей с малоразличающимися плотностями и для случаев, когда капли одной из жидкостей или ТВЧ имеют размер менее 15 мкм.
Частично указанный недостаток устранен в устройстве для очистки нефтесодержащих сточных вод, известном из авторского свидетельства СССР №1 643 098 кл. В 04 С 9/00, приоритет 18.04.89 г.
В указанном авторском свидетельстве описано устройство, которое включает цилиндроконический корпус, разделенный поперечной перегородкой с центральным отверстием на входную и сливную камеры. В нижней части входной камеры установлен тангенциальный входной патрубок, а в верхней - патрубок вывода механических примесей и патрубок отвода части нефтепродуктов.
Сливная камера снабжена патрубками вывода выделенных нефтепродуктов, очищенной воды. Входная камера содержит адсорбент и примыкающий к сливному патрубку перфорированный конус для вывода адсорбента с нефтепродуктами. Установка снабжена струйным насосом, нагнетательный патрубок которого соединен с тангенциальным входным патрубком, патрубок подвода активной среды подключен к линии подачи сточной воды, а патрубок подачи пассивной среды соединен с патрубком вывода нефтепродуктов и адсорбента.
Сточная вода через активное сопло струйного насоса и тангенциальный входной патрубок поступает во входную камеру цилиндроконического корпуса и приобретает вращательное движение. Тяжелая жидкость под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам корпуса, а легкая - частично всплывает вверх и отводится через патрубок вывода нефтепродуктов. Другая часть легкой жидкости вытесняется к центру и через центральное отверстие перегородки поступает с адсорбентом в сливную камеру, где происходит дальнейшее разделение жидкостей частично в поле центробежных сил, а частично - за счет коагуляции капель нефтепродуктов на твердых поверхностях гранул адсорбента. Из сливной камеры отделившиеся нефтепродукты и осветленная вода выводятся через соответствующие патрубки. Гранулы адсорбента через пассивное сопло струйного насоса и его напорный патрубок поступают снова в цилиндроконический корпус, (т.е. в известном устройстве циркулирует одно и то же их количество), и в области разделения жидкостей периодически происходят сменяющие друг друга процессы адсорбции и десорбции нефти.
Это приводит к снижению эффективности разделения - из-за наличия в области разделения жидкостей в сливной камере зоны с повышенной концентрацией нефти, контактирующей с очищенной водой и загрязняющей ее.
Известно устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, которое содержит цилиндроконический корпус, разделенный поперечной перегородкой на верхнюю входную камеру и нижнюю сливную камеру. Поперечная перегородка имеет центральное отверстие и установлена с кольцевым зазором к корпусу. Входная камера снабжена тангенциальным входным патрубком и патрубком вывода нефтепродуктов.
Сливная камера имеет патрубок вывода очищенной воды и патрубок вывода мехпримесей.
Устройство включает струйный насос, нагнетательный патрубок которого соединен с тангенциальным входным патрубком, патрубок подвода активной среды - с линией подачи сточной воды, а патрубок подвода пассивной среды подключен к линии подачи газа. Устройство включает также линию подачи адсорбента в сливную камеру из бункера, установленного над цилиндроконическим корпусом (см. патент РФ на полезную модель №45308 кл. В 04 С 9/00 от 14.12.2004 г.).
Исходная нефтесодержащая сточная вода насыщается газом и на выходе из струйного насоса образуется высоконапорная смесь исходной жидкости и газа - пена. Несмачиваемые частицы нефти из поступающей в струйный насос сточной воды прилипают к пузырькам газа и уже до входа в тангенциальный патрубок происходит разделение сточной воды на воду и нефть.
Поступая во входную камеру и закручиваясь в поле центробежных сил, основная часть нефти с пузырьками газа отделяется и отводится через патрубок вывода нефтепродуктов.
В нижней сливной камере закрутка потока предварительно очищенной воды сохраняется, а в центральную часть потока непрерывно подается адсорбент, который поглощает остатки нефти и удаляется.
Недостатком известного устройства для очистки сточных вод является уход значительного количества сточной воды с нефтепродуктами и мехпримесями из-за отсутствия отчетливой границы разделения системы нефть + вода. Их всегда разделяет переходная зона. По этой причине доставка адсорбента по всей зоне разделения жидкостей представляет технические сложности, т.е. практически невозможна. Это снижает степень очистки.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для очистки нефтесодержащих сточных вод, в котором доставка адсорбента по всей зоне разделения жидкостей не является проблемой, что позволит повысить степень очистки сточной воды за счет сохранения ее уноса с нефтепродуктами и мехпримесями.
Указанная задача по первому варианту решается тем, что в устройстве для нефтесодержащих сточных вод, содержащем цилиндроконический корпус с тангенциальным входным патрубком, патрубками отвода очищенной воды, нефтепродуктов и мехпримесей, разделенный поперечной перегородкой, установленной с кольцевым зазором к корпусу, на входную и сливную камеры, линию подачи адсорбента; струйный насос, нагнетательный патрубок которого соединен с тангенциальным входным патрубком, патрубок подвода активной среды - с линией подачи сточной воды, а патрубок подвода пассивной среды подключен к линии подачи газа, согласно полезной модели, линия подачи адсорбента подключена к линии подачи газа в струйный насос, входная камера размещена под сливной камерой и в последней концентрично с кольцевым зазором размещена обечайка, установленная на поперечной перегородке и выполненная из фильтрующего материала, а снаружи сливная камера снабжена цилиндрическим кожухом, входной тангенциальный патрубок установлен в верхней части входной камеры, патрубок отвода очищенной воды соединен с обечайкой, патрубок вывода нефтепродуктов - с цилиндрическим кожухом, при этом, верхние торцы обечайки и кожуха расположены выше открытого торца сливной камеры.
Целесообразно, чтобы к наружной поверхности обечайки были прикреплены радиальные ребра.
Целесообразно, чтобы в кольцевом зазоре между обечайкой и сливной камерой на поперечной перегородке была установлена дополнительная обечайка, верхний торец которой расположен ниже торца первой обечайки.
Подключение линии подачи адсорбента к линии подачи газа в струйный насос приводит к тому, что процесс отделения малых частиц нефти и тверды частиц из воды и присоединения их к частицам адсорбента и к пузырькам газа начинается еще в камере смешения струйного насоса, а это в результате приводит к более полной очистки воды.
Размещение входной камеры под сливной приводит к более полному отделению тяжелых твердых частиц во входной камере, и в сливную камеру поступают только самые мелкие твердые частицы, увлекаемые пузырьками газа.
В кольцевом зазоре сливной камеры происходит процесс флотации - дальнейшее улавливание примесей пузырьками газа и частицами адсорбента и их всплывание. При этом наиболее полная очистка воды происходит при ее фильтрации через фильтрующий материал, из которого выполнена цилиндрическая стенка обечайки, установленная на поперечной перегородке.
Установка цилиндрического кожуха снаружи сливной камеры позволяет создать резервуар для сбора загрязнений в виде пены, состоящей из пузырьков газа с прилипшими к них частицами нефти, мелкими твердыми частицами и адсорбента.
Расположение входного тангенциального патрубка в верхней части входной камеры приводит к увеличенному времени пребывания частиц с разной плотностью в поле центробежных сил и, как следствие, к более полному процессу адсорбции нефти частицами адсорбента и пузырьками газа, циркулирующими в приосевой зоне входной камеры.
Патрубки отвода очищенной воды и нефтепродуктов подсоединены к местам, где собираются эти жидкости.
Указанное расположение верхних торцев обечайки, кожуха и сливной камеры обеспечивает разделение загрязнений от воды.
Присоединение радиальных ребер к наружной поверхности обечайки приводит к преобразованию вращательного движения жидкости в осевое, направленное вверх, что способствует выносу пены.
Установка дополнительной обечайки в кольцевом зазоре между камерой и обечайкой приводит к уменьшению попадания загрязнений на фильтр, т.к. при этом значительная часть загрязнений удаляется с пеной, не достигая фильтра. Это облегчает работу фильтра и повышает степень очистки воды.
Указанная задача по второму варианту решается тем, что в устройстве для нефтесодержащих сточных вод, содержащем цилиндроконический корпус с тангенциальным входным патрубком, патрубками отвода очищенной воды, нефтепродуктов и мехпримесей, разделенный поперечной перегородкой, установленной с кольцевым зазором к корпусу, на входную и сливную камеры, линию подачи адсорбента; струйный насос, нагнетательный патрубок которого соединен
с тангенциальным входным патрубком, патрубок подвода активной среды - с линией подачи сточной воды, а патрубок подвода пассивной среды подключен к линии подачи газа, согласно полезной модели, линия подачи адсорбента подключена к линии подачи газа в струйный насос, входная камера размещена под сливной камерой и в последней концентрично с кольцевым зазором размещена обечайка, установленная на поперечной перегородке, а снаружи сливной камеры установлен цилиндрический кожух, при этом стенка сливной камеры, на участке, смежном с цилиндрическим кожухом, выполнена из фильтрующего материала, входной тангенциальный патрубок установлен в верхней части входной камеры, патрубок отвода очищенной воды соединен с цилиндрическим кожухом, патрубок вывода нефтепродуктов - с обечайкой, торец которой расположен ниже открытого торца сливной камеры, а торец цилиндрического кожуха - выше торца обечайки.
Стенка сливной камеры, расположенная на ее внешней границе, выполнена из фильтрующего материала по следующим соображениям. При закрученном движении воды с пеной, состоящей из пузырьков газа с налипшими на них частицами загрязнений и адсорбента в кольцевом зазоре под действием центробежных сил происходит вытеснение более легких пузырьков газа с частицами загрязнений и адсорбента к обечайке, расположенной ближе к центру. Далее эти более легкие частицы совершают винтовое движение вдоль обечайки, достигают ее верхней кромки и переливаются через нее. Поэтому вдоль наружной стенки сливной камеры, выполненной из фильтрующего материала, движется более чистая вода, что облегчает условия работы фильтра и приводит к лучшей очистки воды.
На фиг.1 представлено устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по первому варианту выполнения настоящей полезной модели.
На фиг.2 представлено устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по второму варианту выполнения настоящей полезной модели.
Согласно первому варианту выполнения устройство содержит цилиндроконический корпус 1 с поперечной перегородкой 2, которая разделяет корпус на нижнюю входную камеру 3 и верхнюю сливную камеру 4.
Поперечная перегородка 2 установлена с кольцевым зазором 5 к корпусу 1.
Входная камера 3 снабжена в верхней части тангенциальным входным патрубком 6 и патрубком 7 вывода мехпримесей в нижней части.
В сливной камере 4 на перегородке 2 установлена обечайка 8 с радиальными ребрами 9, выполненная из фильтрующего материала и подсоединенная к патрубку 10 отвода очищенной воды.
Снаружи сливная камера 4 окружена цилиндрическим кожухом 11 с патрубком 12 отвода нефтепродуктов.
В кольцевом зазоре 5 между обечайкой 8 и сливной камерой 4 на поперечной перегородке 2 установлена дополнительная обечайка 13.
Верхние торцы обечайки 8 и цилиндрического кожуха 11 расположены выше открытого торца сливной камеры 4.
Устройство включает струйный насос 14, нагнетательный патрубок 15 которого соединен с тангенциальным входным патрубком 6, патрубок 16 подвода активной среды - с линией подачи сточной воды, а к патрубку 17 подвода пассивной среды подключены линии подачи газа и адсорбента.
Во втором варианте полезной модели (фиг.2) обечайка 8 является глухой стенкой. А участок сливной камеры 4, смежный с цилиндрическим кожухом 11, выполнен из фильтрующего материала. Патрубок 10 отвода очищенной воды соединен с цилиндрическим кожухом 11, а патрубок 12 отвода нефтепродуктов - с обечайкой 8. Торец обечайки 8 расположен ниже открытого торца сливной камеры 4, а торец цилиндрического кожуха 11 - выше торца сливной камеры 4.
Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод работает следующим образом.
Вариант 1.
Исходная нефтесодержащая сточная вода под напором через патрубок 16 поступает в сопло струйного насоса 14 и засасывает из патрубка 17 пылегазовую смесь газа (воздуха) и адсорбента. На выходе струйного насоса образуется высоконапорная смесь сточной воды, газа и адсорбента в виде пены.
Несмачиваемые частицы нефти, соударяясь с частицами адсорбента, образуют гидрофобные мицеллы, легко увлекаемые пузырьками газа, к которым прилипают также твердые взвешенные частицы мехпримесей, присутствующие в исходной сточной воде.
Образовавшаяся смесь, состоящая из воды, пузырьков газа с прилипшими к ним частицами нефти и мехпримесей поступает через входной тангенциальный патрубок 6 во входную камеру 3 и закручивается.
Под действием центробежных сил вода отбрасывается к стенкам корпуса 1, а пузырьки газа с нефтью и мехпримесями вытесняются к центру и, закручиваясь, движутся в осевом направлении вверх до встречи с поперечной перегородкой 2, где происходит частичное торможение окружной составляющей скорости и преобразование кинетической энергии осевого движения потока в потенциальную энергию давления, смесь воды, газа, нефти и мехпримесей движется по перегородке 2 к периферии.
При этом мехпримеси (кварцевый песок, глина и т. д.), которые не могут быть транспортированы пузырьками газа вверх, отбрасываются к стенкам конусной части корпуса 1, осаждаются и удаляются через патрубок 7.
Остальная часть смеси поднимается по кольцевому каналу 5, теряя при этом часть воды, которая просачивается сквозь фильтрующую поверхность обечайки 8, попадает в ее полость, и оттуда через патрубок 10 отводится потребителю.
Достигнув верхнего торца сливной камеры, смесь, состоящая из нефти, газа и мехпримесей переливается в цилиндрический кожух 11 и выводится через патрубок 12.
В том случае, когда обечайка 8 снабжена радиальными ребрами 9, смесь, поступающая в кольцевой канал 5, имеет только вертикальную скорость, т.к. ребра преобразуют энергию окружного движения потока в энергию осевого движения, направленного вверх, что ускоряет процесс.
Дополнительная обечайка 13 позволяет уменьшить засорение фильтрующей поверхности обечайки 8, т.к. в этом случае подвод к ней очищенной воды происходит только сверху путем перелива через верхний край сливной камеры 4.
Вариант 2.
Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по второму варианту функционирует аналогично предыдущему за исключением того, что из смеси, поднимающейся по кольцевому каналу 5, вода просачивается сквозь фильтрующую стенку сливной камеры, попадает в цилиндрический кожух 11 и отводится через патрубок 10 потребителю.
Остальная часть смеси, состоящая из нефти, газа и мехпримесей переливается через край обечайки 8 в ее полость и выводится через патрубок 12.
Уменьшение засорения фильтра во втором варианте происходит благодаря центробежным силам, отбрасывающим более легкие пузырьки газа с нефтепродуктами и мехпримесями к центру.
Для регенерации фильтра в обоих вариантах можно применять источник ультразвуковых колебаний.