Установка для очистки воды, загрязненной каплями углеводородной жидкости

1 Область изобретения Настоящее изобретение относится к очистке от загрязнений сточных вод, содержащих углеводородную жидкость и, возможно, другую жидкость или загрязнения, состоящие из частиц. Изобретение применимо в широком диапазоне отраслей промышленности, включающем нефтяную промышленность, включая разработку месторождений и производство нефти, в особенности морское бурение, переработку, транспортирование, хранение, очистку емкостей и т.п., восстановление окружающей среды или очистку промышленной охлаждающей воды и т.п. Предпосылки создания изобретения Обычно очистка загрязненных нефтью промышленных сточных вод осуществляется путем прохождения сточных вод через бассейны для разделения, в которых нефть поднимается на поверхность и удаляется частично посредством смывания. Этот процесс может быть объединен с флотацией, при которой воздух диспергируется в воде и обеспечивает отделение нефтяных капель и сбор их на поверхности воды. Эта обработка может сопровождаться прохождением частично очищенной воды через песочный фильтр или фильтрующие элементы. Когда необходимо удалять не только эмульгированные или суспендированные загрязнения, но также те, которые растворены в водной фазе, обычно производится последующая фильтрация через фильтр, содержащий активированный уголь. Для очистки только умеренно загрязненной нефтью воды рекомендуется фильтровать ее через пористый полимерный материал, предварительно пропитанный абсорбционной жидкостью. Однако этот способ не подходит в качестве единственной обработки более сильно загрязненной воды. Например, в US 5,591,327 (Cairo, Jr. и др.) описано устройство, в котором ожижение осуществляется в верхней части сосуда, в то время как фильтрация имеет место в нижней части того же сосуда. Хотя последний тип устройств представляет определенные усовершенствования, особенно сниженные требования к пространству по сравнению с оборудованием, имеющим различные устройства для флотации и фильтрации, эффективность очистки будет ниже той, которая требуется, чтобы удовлетворять современным стандартам по окружающей среде. Другая концепция используется в фильтрующем устройстве, описанном в US 4,839,040(Alm). Это устройство имеет вертикальную кольцевую фильтрующую камеру, в которую заключен состоящий из частиц, эластичный,абсорбирующий нефть, регенерируемый фильтрующий материал. Эффективное использование такого фильтрующего материала обеспечивается подвижными вдоль оси кольцевыми попе 004111 2 речными стенками для постоянного сжатия фильтрующего материала. Вертикальные наружные стенки кольцевой фильтрующей камеры окружены кожухом, в который поступает загрязненная вода через вход в нижней части кожуха. Во время нахождения в кожухе при проходе по направлению к фильтрующей поверхности создается частичное гравитационное разделение фаз нефть/вода, при этом имеется в виду, что часть нефтяной фазы достигает верхней части кожуха,откуда она удаляется. Таким образом, эта часть нефтяной фазы не доходит до фильтра и обеспечивается соответствующее продление периодов работы между операциями очистки фильтра. При надлежащем фильтрующем материале упомянутый последним тип фильтрующего устройства обеспечивает очень эффективную очистку. Удаляются не только капли нефти или жирных жидкостей и даже частицы размером меньше микрона, но также могут быть удалены липофильные загрязнения, растворенные в водной фазе. Устройство имеет также другие преимущества, включая высокую производительность и умеренные требования к пространству. Очистка фильтра становится необходимой,либо когда количество загрязнений в вытекающей воде превышает фиксированную величину,либо когда перепад давления в фильтре становится слишком высоким. Такая очистка осуществляется путем промывки обратной струей с использованием горячей жидкости. Часто количество капель нефти и пузырьков насыщенного пара, которые оседают на наружной фильтрующей поверхности, является важным в связи с продолжительностью периодов работы между каждой операцией промывки обратной струей. Несмотря на тот факт, что каждая операция промывки обратной струей длится только несколько минут, желательно увеличить продолжительность каждого периода работы, для чего свести к минимуму количества капель нефти, пузырьков пара и частиц, проникающих в фильтрующую поверхность. Это в соответствии с изобретением достигается путем применения специальных мер для отделения до такой степени, как это только возможно, нефтяной фазы от загрязненной воды перед тем, как последняя достигнет фильтрующей поверхности, и также для удаления капель нефти и пузырьков пара с фильтрующей поверхности, чтобы избежать их проникновения в фильтрующий материал и забивания его. Краткое изложение сущности изобретения Оказалось, что описанные выше недостатки в виде наличия капель нефти и пузырьков пара, оседающих на фильтрующей поверхности выше по потоку, могут быть уменьшены путем выполнения фильтрующей установки, как описано ниже. Таким образом, изобретение относится к установке для очистки воды, загрязненной кап 3 лями углеводородной жидкости, содержащей по существу вертикально расположенный фильтр; входную камеру для загрязненной воды, частично ограниченную первой вертикальной поверхностью фильтра; выходную камеру для отфильтрованной воды, частично ограниченную второй поверхностью фильтра, противоположной первой поверхности относительно фильтра; средство для подачи загрязненной воды, выходящей из сужения в нижнюю часть входной камеры; средство для выхода, соединенное с верхней частью входной камеры для выпуска углеводородной жидкости, отделенной от воды во входной камере; и средство в виде канала для возврата очищенной воды из выходной камеры; причем эта установка в соответствии с изобретением отличается тем, что имеет средство для введения газа, например воздуха, в виде маленьких пузырьков в загрязненную воду по меньшей мере в одном месте, выбранном из мест в нижней части входной камеры и мест в средстве для подачи, для создания потока пузырьков газа вверх вдоль первой вертикальной фильтрующей поверхности для того, чтобы освободить и удалить вверх капли углеводородной жидкости и пузырьки пара, оседающие на фильтрующей поверхности, и для того, чтобы увлечь и удалить вверх такие капли и пузырьки пара, которые в процессе оседают на фильтрующей поверхности, тем самым задерживая блокирование фильтрующей поверхности и обеспечивая объединение капель для образования сплошной углеводородной фазы в верхней части входной камеры. Важные конструктивные варианты исполнения установки в соответствии с изобретением описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Далее изобретение описывается более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. Краткое описание чертежей На чертежах на фиг. 1 изображен схематический вертикальный разрез варианта исполнения установки в соответствии с изобретением, и на фиг. 2 изображен схематический горизонтальный разрез установки в соответствии с фиг. 1 вдоль пунктирной линии II-II. Установка, изображенная на фигурах, содержит наружный, стойкий к сжатию корпус,образованный цилиндрической вертикальной стенкой 1 и съемными крышкой и дном 2 и 3 соответственно. В корпусе размещен вертикально расположенный фильтр 4, предпочтительно из гранулированного фильтрующего материала, заключенного между первой вертикальной проницаемой для жидкости поверхностью 5 и второй проницаемой для жидкости фильтрующей поверхностью 6. Поверхности 5 и 6 представляют собой,например, металлические листы или подобные 4 конструкции, имеющие перфорации, щели или другие отверстия, обеспечивающие возможность прохода жидкости, но задерживающие материал, образующий фильтр 4. Обычно самые мелкие размеры отверстий имеют величину от 15 мкм до 1 мм, предпочтительно от 15 до 50 мкм. Стенка 1 и первая фильтрующая поверхность 5 ограничивают кожух, который образует внутреннюю камеру 7 для загрязненной воды,которая должна быть очищена. Внутренняя камера 7 снабжена входным каналом 8 для загрязненной воды и выходным каналом 9 для нефти и пены, образованной при работе установки, как описано ниже. Внутренняя камера предпочтительно также имеет выходной трубопровод 10 для отвода газа из верхней части камеры. Вторая фильтрующая поверхность 6 окружает наружную камеру 11, соединенную с выходным каналом 12. Концевые участки стенок, образующих первую фильтрующую поверхность 5 и вторую фильтрующую поверхность 6, являются непроницаемыми, и между этими непроницаемыми частями на каждом конце имеется перемещающаяся по оси кольцевая поперечная стенка 13 для прижатия фильтрующего материала под воздействием давления подаваемой среды(средством, которое не показано) к кольцевым камерам 14. Что касается дальнейших подробностей конструкции и работы, относящихся к поперечным стенкам 13 и их функциям, сделана ссылка на указанный выше US 4,839,040 (Alm), включенный сюда посредством ссылки. В качестве важного отличительного признака изобретения предусмотрено средство 15 для введения газа, такого как воздух, в нижнюю часть входной камеры 7. В показанном варианте исполнения средство 15 содержит входной канал 16, соединяющий источник (не показан) сжатого газа, например воздуха, с круговой трубой 17, снабженной равномерно распределенными с промежутками соплами 18 для введения газа. Возможны несколько других конструкций средства 15 для введения газа. Таким образом,круговая труба 17 может быть расположена снаружи камеры 7 с соплами, проходящими через стенку 1 (не показаны). Средство 15 может быть заменено или дополнено средством 19 (показанным пунктирными линиями) для введения газа в загрязненную воду при проходе в камеру 7 через входной канал 8. Какие бы средства ни были использованы для введения газа, существенно, что поток вверх крошечных пузырьков газа создается вдоль, по меньшей мере, существенного участка проницаемой части стенки, образующей фильтрую 5 щую поверхность (5), как схематически показано на фиг. 1. При работе установки вода, которая должна быть очищена, вводится через входной канал(8). Обычно эта загрязненная вода, которая образуется, например, на одном из промышленных предприятий, представляет собой соленую воду или пресную воду, содержащую капли углеводородов, и, возможно, также мелкие твердые частицы, и растворенные углеводороды и химикаты. Кроме того, очень маленькие и поэтому трудно удаляемые пузырьки насыщенного пара могут присутствовать или могут возникать во время обработки. После входа в круговую входную камеру(7) загрязненная вода, и в особенности капли нефти в ней, начинают движение вверх. Для уменьшения количества нефти и других нерастворимых загрязнений, которые достигают фильтра, важно, чтобы существенная часть загрязнений отделялась от воды во время прохода через входную камеру (7). Нефтяная фаза,возможно, также содержащая химикаты, которая таким образом собирается на поверхности жидкости в камере (7), извлекается посредством периодического или непрерывного всасывания через выход (9), частично как пена вместе с частью воды. Это исключает риск того, что нефть и химикаты будут внесены в фильтр или заблокируют отверстия в поверхности 5. Извлеченная таким образом смесь из нефти и воды разделяется с использованием обычных средств (не показаны), и водная фаза рециркулирует для того,чтобы повторно ввести ее через входной канал(8). Отделение нефтяной фазы от воды в камере (7) стимулируют пузырьки газа, в показанном варианте исполнения вводимые через сопла (18) для достижения эффекта, известного самого по себе из обычных процессов флотации. В изображенном варианте исполнения газ,после использования в качестве газа для флотации, удаляется через канал (10), но, альтернативно, газ может быть отведен вместе с нефтью,пеной и может проходить через выход (9). В нижней части камеры (7) может быть предусмотрено средство (не показано) для непрерывного или периодического отвода осадка и отстоя, собранных в нижней части, тем самым предотвращая достижение осадком и отстоем поверхности (5). Во время прохода вверх загрязненной воды через камеру (7) часть ее движется по центру по направлению к первой проницаемой поверхности (5), которая выполняет функцию первоначальной фильтрации или просеивания, которая задерживает относительно большие капли и частицы, в то время как более мелкие загрязнения и растворенные загрязнения увлекаются с водой в сам фильтр (4), в котором эти загрязнения эффективно адсорбируются или абсорби 004111 6 руются (для упрощения в последующем использован просто термин "сорбируются"). Очищенный таким образом поток воды через фильтр достигает второй поверхности (6) из перфорированного или другого проницаемого материала, через который он входит в выходную камеру (11), из которой он отводится через канал (12). Капли нефти, твердые частицы и пузырьки, которые оседают на первой поверхности (5),могут, особенно в традиционных фильтрах без флотации или в фильтрах, в которых стадия флотации и стадия фильтрации связаны не так тесно, как в настоящем изобретении, препятствовать надлежащему функционированию фильтра, и, в связи с определенными загрязнениями, это может быть признаком, определяющим продолжительность непрерывной работы между промывкой обратной струeй или заменой фильтра. Следовательно, "смывание" с фильтрующей поверхности (5) посредством поднимающихся потоков пузырьков, которые стимулируют поток вверх загрязняющих капель и частиц,не только обеспечивает большее содержание загрязнений, достигающих поверхности жидкости для удаления через выход (9) без контакта с фильтрующей поверхностью (5), но также до определенной степени освобождает капли, частицы и пузырьки, оседающие на поверхности,перед тем, как они образуют когерентное, частично непроницаемое покрытие на фильтрующей поверхности. Таким образом, применение пузырьков газа создает двойной эффект, повышающий продолжительность эффективной работы фильтра. Как описано, введение газа может производиться через сопла (18), однако вместо надлежащих сопел введение газа может осуществляться с использованием средства из спекшегося стекла или другого традиционного средства для образования относительно маленьких пузырьков. Путем создания типичных условий для процесса флотации во внутренней камере (7), и особенно вблизи фильтрующей поверхности (5),в установке в соответствии с изобретением возможно увеличить отношение количества нефтяных веществ, извлекаемых через выход (9) из верхней части входной камеры, к количеству нефтяных веществ, сорбированных фильтром,что означает, что первое количество может быть существенно большим, чем одна тысячная второго количества. Когда происходит обработка сточных вод от поисково-разведочных работ и производства нефти, отделение нефтяных веществ от водной,содержащей присадку фазы может часто облегчаться путем уменьшения величины рН. В установке в соответствии с изобретением это может быть удобно сделано путем введения двуокиси углерода через те же средства (16, 17, 18 или 7 19), которые используются для введения газа для флотации, который обычно представляет собой атмосферный воздух. Двуокись углерода растворяется спонтанно в сточных водах, и это понижает величину рН и посредством этого понижает эффект эмульгирования поверхностноактивными веществами, в основном, активными при основных или нейтральных величинах рН. Также могут быть добавлены стимулирующие флокуляцию присадки, например, через средства (19). В практическом варианте исполнения изобретения может быть выполнено несколько модификаций установки. Таким образом, предпочтительно иметь выходной канал для отфильтрованной воды, соответствующий каналу (12) также в верхней части фильтрующей установки. Также на практике удобно иметь крышку и дно(2 и 3), образованные в виде сводчатых торцевых частей для получения более стойкой к сжатию конструкции. Как описано выше, настоящее изобретение обеспечивает возможность увеличенного срока работы между каждой очисткой фильтра путем промывки обратной струeй. На продолжительность этого срока работы, конечно, влияют несколько признаков, среди которых может быть состав сточных вод и нагрузка на фильтр, а именно количество жидкости, проходящей через каждый квадратный метр фильтра. Ряд тестов подтвердил, что с фильтром в соответствии с изобретением могут сохраняться длительные периоды работы, например 24 ч каждый, в то время как фильтр имеет нагрузку более, чем 100 м 3/ч/м 2 загрязненной воды, которая очищается значительно ниже, чем 5 мг нефти/л. Такая высокая производительность вместе с очень компактной конструкцией приводит к тому, что установка в соответствии с изобретением, с точки зрения требований производительность/пространство, превосходит любые продаваемые до настоящего времени на рынке или предлагаемые устройства для тех же целей. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для очистки воды, загрязненной каплями углеводородной жидкости и, возможно, другими загрязнениями, содержащая по существу вертикально расположенный фильтр(4), входную камеру (7) для загрязненной воды,частично ограниченную первой вертикальной поверхностью (5) фильтра, выходную камеру(11) для отфильтрованной воды, частично ограниченную второй поверхностью (6) фильтра,противоположной первой поверхности (5) относительно фильтра, средство (8) для подачи загрязненной воды, выходящей из сужения, в нижнюю часть входной камеры (7), средство (9) для выхода, соединенное с верхней частью входной камеры (7) для выпуска углеводород 004111 8 ной жидкости, отделенной от воды во входной камере, и средство (12) в виде канала для возврата очищенной воды из выходной камеры,отличающаяся тем, что содержит средства (16,17, 18, 19) для введения газа в виде маленьких пузырьков в загрязненную воду по меньшей мере в одном месте, выбранном из мест в нижней части входной камеры (7) и мест в средстве(8) для подачи, для создания потока пузырьков газа вверх вдоль первой вертикальной фильтрующей поверхности (5) для обеспечения освобождения и удаления вверх капель углеводородной жидкости и пузырьков пара, оседающих на фильтрующей поверхности (5), и увлечения и удаления вверх таких капель и пузырьков пара,которые в противном случае оседают на фильтрующей поверхности, задерживая блокирование фильтрующей поверхности и обеспечивая объединение капель для образования сплошной углеводородной фазы в верхней части входной камеры (7). 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр (4) содержит состоящий из частиц, эластичный, сорбирующий нефть, регенерируемый фильтрующий материал, заключенный между двумя проницаемыми для жидкости опорными листами, образующими первую вертикальную поверхность (5) и вторую поверхность (6) соответственно. 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что выходная камера (11) имеет форму вертикального, поворотного симметричного цилиндра, фильтр (4) коаксиально окружен выходной камерой и имеет кольцевое горизонтальное поперечное сечение и входная камера(7) образует кожух вокруг фильтра и имеет кольцевое горизонтальное поперечное сечение. 4. Установка по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что средство для введения газа в загрязненную воду представляет собой по меньшей мере одно сопло (18), вставленное в нижнюю часть входной камеры и соединенное с источником сжатого воздуха. 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно сопло (18) представляет собой множество сопел, равномерно распределенных на одном и том же горизонтальном уровне в нижней части входной камеры (7) для получения равномерного смывающего направленного вверх потока пузырьков через воду во входной камере вблизи фильтрующей поверхности (5). 6. Установка по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что средство для введения газа в загрязненную воду представляет собой по меньшей мере одно сопло (19), вставленное в средство (8) для подачи и соединенное с источником сжатого воздуха, причем по меньшей мере одно сопло выполнено с возможностью равномерного диспергирования воздуха в загрязненную воду перед тем, как она достигнет нижней части входной камеры (7). 7. Установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она дополнительно имеет средство для введения вещества, стимулирующего флотацию, в загрязненную воду в средстве для подачи или в нижней части входной камеры. 8. Установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что средство(9) для выхода углеводородной жидкости выполнено также для выпуска газа из верхней части входной камеры (7). 9. Установка по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что она имеет отдельное средство (10) для выпуска в виде канала для отработавшего газа флотации в верхней части входной камеры (7). 10. Установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что имеет средство для введения СО 2 в загрязненную во 10 ду, причем средство является тем же, что средства (16, 17, 18, 19), которые применяются для введения газа, или представляет собой отдельное средство, размещенное в нижней части входной камеры (7) или в средстве (8) для подачи. 11. Установка по п.2, отличающаяся тем,что проницаемый для жидкости лист, образующий первую вертикальную поверхность (5) фильтра, является металлическим и имеет отверстия в виде щелей шириной от 15 мкм до 1 мм, предпочтительно от 15 до 50 мкм. 12. Установка по п.2, отличающаяся тем,что фильтр (4) содержит фильтрующий материал между поверхностями (5) и (6), причем этот материал представляет собой органический полимер в форме гранул, имеющий высокую сжимаемость.