УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДОМАСЛЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ
DEVICE FOR SEPERATING OIL-WATER SLUDGE AND FILTERED MATERIAL

Изобретение относится к области разделения эмульсий, а также к области очистки воды, в частности к установкам для очистки промышленных, природных и сточных вод от нефти, нефтепродуктов и механических примесей, в частности для разделения водомасляных эмульсий, а именно разделения на составляющие компоненты эмульсий, в которых в качестве дисперсной фазы присутствует нефть или любые другие нефтепродукты (масла, мазут, дизельное топливо и пр.), и может быть использовано во многих областях хозяйства, например в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, на морском и речном транспорте для очистки трюмно-балластных судовых вод, в городском хозяйстве для очистки производственных стоков автомоек и автозаправок и ливневых стоков.
В зависимости от условий образования нефтесодержащие сточные воды (НСВ) представляют собой полидисперсные системы от грубодисперсных до коллоидных, с размерами частиц нефтепродуктов от 200 до 0,001 мкм и менее, образующих устойчивые и суперустойчивые водомасляные эмульсии. В НСВ преобладают частицы нефти размером 5-50 мкм. Скорость всплывания таких частиц очень мала. Интенсифицировать процесс очистки можно за счет укрупнения размеров капель нефтяных частиц путем коалесценции. Метод коалесценции является наиболее перспективным для интенсификации процесса очистки НСВ от нефтяных загрязнений.
Скорость и глубину процесса коалесценции можно увеличить применением специальных коалесцирующих фильтров-насадок.
Известно устройство для очистки воды, загрязненной нефтепродуктами, содержащее цилиндрический корпус, разделенный перегородками на три камеры, верхняя камера частично заполнена волокнистым олефобным материалом, средняя камера заполнена волокнистым олефильным материалом, а нижняя камера снабжена сеткой из стеклоткани, перед корпусом установлена система трубопроводов, в которой размещен коалесцирующий материал (RU 2104736, 20.02.1998).
Следует отметить, что известное устройство отличается большими габаритами и массой.
Меньшими габаритами отличаются фильтры-сепараторы.
Известен, например, фильтр патронного типа с коалесцирующей насадкой, выполненной из одной пористой и двух композиционных перегородок. Насадка представляет собой цилиндрический фильтровальный патрон. Исходная вода подается через композиционную перегородку, на которой происходит коалесценция крупных капель нефтепродукта, которые на выходе из нее соединяются в сплошной слой, отделяются от водной среды в кольцевом пространстве патронного фильтра. Пористая перегородка и композиционная перегородка предназначены для дальнейшего укрупнения капель нефти и масла. Пористая перегородка изготавливается либо из полипропиленовой диагональной нити, либо путем перекрестной спиральной навивки полипропиленовой нити на цилиндрический каркас, а композиционная перегородка представляет собой сетки трикотажного плетения из стальной нержавеющей проволоки или полипропиленовой нити (GB 1427704, 1976).
Данное техническое решение позволяет осуществлять отделение дисперсной фазы от дисперсной среды в непрерывном режиме работы. Однако данное устройство не позволяет выделять мелкодисперсные частицы нефтепродукта, в результате чего не достигается высокая степень очистки.
Известно устройство, содержащее предфильтр, заполненный стекловолокном, и коалесцирующий фильтр с многослойной загрузкой пористых полимерных материалов с градиентом плотности в слоях (US 6422396, 23.07.2002).
Известно устройство в виде фильтра с коалесцирующим слоем для разделения эмульсий, в котором чередуются слои волокон и гранул и используются как органические, так и неорганические материалы (ЕР 0187564, 16.07.1986).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разделения водомасляных эмульсий, содержащее корпус, вертикально установленный в корпусе фильтрующий элемент патронного типа с крышкой, днищем и установленной между ними сеткой, имеющий центральную перфорированную трубу, коаксиально размещенные слои волокнистого фильтрующего и коалесцирующего материалов на основе смеси гидрофильных и гидрофобных хлопковых волокон с наружной оболочкой из стеклоткани. Устройство снабжено полостью для сбора масляного продукта, а также патрубками вывода продуктов разделения (В.П.Коваленко. Очистка нефтепродуктов от загрязнений. - М.: Недра, 1990, с.152-154).
Недостатком этого устройства является неполное выделение мелкодисперсных частиц, присутствующих в эмульсии, особенно в суперустойчивой эмульсии.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному фильтрующему материалу является материал коалесцирующего патрона для разделения водно-масляных эмульсий, содержащий один слой синтетического волокнистого материала с гидрофобной поверхностью, слой гидрофильной ткани в виде ворса из стеклянной ваты с толщиной волокон 1-4 мкм, третий слой синтетического волокнистого материала с гидрофобной поверхностью, имеющей плотность в два раза меньше плотности первого слоя, и четвертый слой из волокнистой ткани, при этом отдельные слои материала скреплены иглопрокалыванием (SU 1303014, 17.04.1987).
Однако материал не позволяет эффективно разделять суперустойчивые эмульсии, такие как нефтесодержащие сточные воды.
Основная задача изобретения состоит в создании устройства для разделения суперустойчивых эмульсий, а также материала, который при использовании его в устройстве позволял бы эффективно осуществлять укрупнение и выделение мелкодисперсных частиц нефтепродукта на стадии очистки до уровня ПДК, в том числе из промышленных и сточных вод.
Поставленная задача решается описываемым устройством для разделения водомасляных эмульсий, содержащим корпус, вертикально установленный в корпусе фильтрующий элемент патронного типа с крышкой, днищем, установленной между ними сеткой, с центральной перфорированной трубой и коаксиально размещенным волокнистым фильтрующим материалом, полость для сбора масляного продукта и патрубки для ввода эмульсии и вывода продуктов разделения, причем в качестве волокнистого фильтрующего материала устройство содержит двухслойный материал, первый по ходу разделяемой эмульсии слой которого выполнен из гидрофобного полимерного волокна в виде нетканого холста объемно-гофрированной структуры, а второй выполнен из гидрофильного супертонкого базальтового волокна, фильтрующий материал размещен таким образом, что ребра гофр первого слоя ориентированы вдоль центральной трубы, а полость для сбора масляного продукта размещена под крышкой фильтрующего элемента.
Поставленная задача решается также описываемым фильтрующим материалом для разделения водомасляных эмульсий, который содержит слои различных волокнистых материалов с гидрофобной и гидрофильной поверхностью, скрепленные между собой, материал выполнен двухслойным, при этом один слой выполнен из гидрофобного полимерного волокна в виде нетканого холста объемно-гофрированной структуры, а второй - из гидрофильного супертонкого базальтового волокна.
Предпочтительно, что соотношение толщины слоев из гидрофобных полимерных и гидрофильных базальтовых волокон составляет (2-10):1 соответственно.
Преимущественно слой из гидрофобного полимерного волокна имеет толщину 10-50 мм при линейной плотности волокна 0,4-2,5 текс.
Материал содержит базальтовое волокно диаметром 1-5 мкм.
На фиг.1 представлено заявленное устройство, содержащее следующие элементы:
1 - корпус,
2 - крышка,
3- перфорированная центральная труба,
4 - патрубок для вывода масляной фазы,
5 - полость для сбора масляной фазы,
6 - двухслойный фильтрующий материал,
7 - сетка,
8 - днище,
9 - патрубок ввода эмульсии,
10 - патрубок выхода чистой воды.
На фиг.2 представлен двухслойный фильтрующий материал 6, содержащий:
11 - слой из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью, выполненный в виде нетканого холста объемно-гофрированной структуры,
12 - слой из волокон с гидрофильной поверхностью, выполненный из базальта с диаметром волокна, равным 1-5 мкм.
Способ получения заявляемого фильтрующего материала состоит из следующих операций:
- формирование гофрированной структуры объемного слоя из гидрофобных или гидрофобизированных волокон;
- формирование слоя из супертонкого гидрофильного волокнистого минерального субстрата;
- наложение слоев друг на друга и скрепление прокатыванием или иглопробивным способом.
Установку фильтрующего материала на перфорированную трубу предложенного устройства осуществляют таким образом, чтобы наружная стенка трубы контактировала с гидрофобным слоем волокнистого материала, при этом ребра гофр были бы ориентированы вертикально вдоль центральной трубы.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Очищаемая вода, содержащая эмульгированные частицы нефтепродукта (НП) поступает через патрубок 9 в центральную перфорированную трубу 3, где изменяет направление движения и через отверстия в стенках трубы проникает в слой из гофрированного полимерного волокнистого материала 6. Здесь происходит снижение скорости движения потока и эмульгированных частиц, которые, соприкасаясь с первым слоем материала сорбируются на волокнах, коалесцируются, укрупняются и поднимаются по гофрам в верхнюю часть патрона, где собираются в специальном кармане 5 для сбора нефтепродукта. Далее вода проходит через второй слой из гидрофильного волокнистого материала, который будучи смоченный водой коалесцирует самые мельчайшие эмульгированные частицы НП. Очищенная вода выходит через патрубок 10, а нефтепродукты - через патрубок 4.
Эффективность работы устройства в заявленных материалах проверена при очистке талых вод от нефтепродуктов.
Характеристика очищаемой воды.
1. Объект. Эмульсия получена при таянии снежного покрытия с автодорожного полотна Самотечного моста в районе Садового кольца г. Москвы.
2. Внешний вид. Мутная жидкость темно-серого цвета без видимой радужной пленки нефтепродукта на поверхности, со слабым характерным углеводородным запахом. После непродолжительного отстаивания на дне появляется едва заметный слой мелкодисперсных частиц черного цвета.
3. Объем жидкости - 32 литра.
Характеристики устройства.
1. Общий объем
1,0 л
2. Диаметр фильтрующего элемента
0,12 м
3. Расход воды (1 л за 1 мин = 60 л/ч
0,06 м<sup>3</sup>/ч
4. Поступление воды на фильтрующую поверхность
сбоку
5. Скорость потока (внутр.)
15 м/ч
6. Скорость потока (внеш.)
1,4 м/ч
Метод контроля
1. Для определения содержания нефтепродуктов в воде использовалась «Экспресс- методика выполнения измерений содержания нефтепродуктов в воде установкой «Лилия» Л-1-98», аттестованной Комитетом РФ по стандартизации, метрологии и сертификации, свидетельство метрологической аттестации №2420/376-96 от 25.06.98 г.
2. Расход замерялся с помощью секундомера и мерного стакана. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Результаты испытаний
Таблица 1
Количество пропущенной воды, л
Расход воды, л/ч
Содержание нефтепродуктов, мг/л
Вход
Выход
5
60
4,14
0,0385
2
60
3,62
0,0257
1-15
60
16-17
51,4
18
45
19
40
20
40
21
36
22
36
23
32,7
24
30
1,62
0,02
25
30
По результатам конкретных испытаний установлено, что защитная функция фильтрующего материала сохранилась после пропускания 32 литров воды, что составляет 32 объема установки.
Исходя из изложенного, можно рекомендовать заявленное устройство и материал для суперустойчивых эмульсий, в том числе содержащих нефть и нефтепродукты.