[1]Предлагаемое изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод на автозаправочных станциях (АЗС), нефтебазах и нефтесборных пунктах нефтедобывающих предприятиях.
[2]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.].
[3]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).
[4]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.
[5]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.
[6]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.
[7]Недостатками установки очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов с использованием коалесцентного являются:
[8]1. Недостаточная эффективность очистки водно-топливных эмульсий коалесцентным фильтром.
[9]2. Низкая производительность установки в связи с использованием фильтров мембранного типа.
[10]3. Сложность и дороговизна установки.
[11]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.
[12]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.
[13]Недостатками коалесцентного фильтра для очистки сточных вод от нефтепродуктов, механических примесей и взвешенных веществ являются:
[14]1. Недостаточная эффективность очистки водно-топливных эмульсий коалесцентным фильтром.
[15]2. Невысокая скорость отделения воды от нефти и нефтепродуктов.
[16]3. Сбор механических примесей и взвешенных веществ непосредственно в коалесцентном фильтре.
[17]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].
[18]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.
[19]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.
[20]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.
[21]В верхней части коалесцентного фильтра монтируется смотровая трубка для отделения нефти от воды.
[22]Нижняя часть фильтра оборудована люком для очистки от механических примесей и взвешенных веществ.
[23]Также фильтр оснащается нагревательными элементами и трубопроводом подачи деэмульгатора с задвижкой.
[24]Введение в водно-нефтяную (водно-топливную) эмульсию деэмульгатора позволяет повысить скорость отделения воды от нефти и нефтепродуктов и улучшить качество процесса разделения.
[25]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.
[26]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.
[27]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.
[28]Недостатками коалесцентного фильтра для очистки сточных вод на нефтедобывающих предприятиях являются:
[29]1. Сбор механических примесей и взвешенных веществ непосредственно в коалесцентном фильтре.
[30]2. Большое количество воды, которое сливается вместе с нефтью (нефтепродуктами) в отдельную емкость.
[31]3. Отсутствие автоматических устройств определения нефти и воды в коалесцентном фильтре.
[32]Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения эффективности очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов.
[33]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.
[34]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.
[35]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.
[36]Сущность изобретения пояснена на фиг. 1, на которой изображен разрез предлагаемого коалесцентного фильтра.
[37]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.
[38]В верхней части коалесцентного фильтра монтируется смотровая трубка 8 для отделения нефти от воды.
[39]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).
[40]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.
[41]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.
[42]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.
[43]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.
[44]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.
[45]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.
[46]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.
[47]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.
[48]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.
[49]Предварительная очистка сточной воды позволяет исключить попадание в коалесцентный фильтр механических примесей и взвешенных веществ.
[50]При этом также увеличивается точность и уменьшается время определения уровней нефти и воды, значительно снижается количество воды сливаемой вместе с нефтью в отдельную емкость.
