DE3100300A1

DE3100300A1 - Verfahren zur entfernung einer schwimmenden verschmutzung von einer fluessigkeitsoberflaeche

Info

Publication number: DE3100300A1
Application number: DE19813100300
Authority: DE
Inventors: Abraham Toronto Ontario Verhoeff
Original assignee: Shell Canada Ltd; Shell Explorer Ltd
Current assignee: Shell Canada Ltd; Shell Explorer Ltd
Priority date: 1980-01-10
Filing date: 1981-01-08
Publication date: 1981-11-19
Also published as: GB2067086B; FR2473338B1; GB2067086A; JPS56102908A; JPS6410244B2; DE3100300C2; CA1168991A; FR2473338A1

Description

3 1 O O :.* Π ί

Beschreibung

Die Erfindung betrifft die topologische Abtrennung von aufschwimmenden Verschmutzungen von einer Flüssigkeitsoberfläche.

Die meisten Öl/Wasser-Separatoren mit Einschluß von Parallelplatten-Separatoren sind auf der Grundlage einer statischen Absetzung aufgebaut. Die Antriebskraft ist nur die Differenz des spezifischen Gewichts zwischen dem Öl und dem Wasser. Im Falle der Entfernung von Öl von Teersänden ist das spezifische Gewicht der Kohlenwasserstoffe bei Raumtemperatur höher als dasjenige von V/asser. Iiur in der Nähe des Siedepunkts von V/asser ist diese Situation umgekehrt. Da wegen der relativ geringen Differenz des spezifischen Gewichts in dem Teersandöl/ Wasser-System die verfügbare Antriebskraft nur begrenzt ist, treten bei der Verwendung von bekannten Separatoren in solchen Systemen viele Probleme auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und andere Probleme zu überwinden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung einer schwimmenden Verschmutzung, z.B. Öl, von der Oberseite einer Flüssigkeit, z.B. Wasser, bei dem man so vorgeht, daß man die Verschmutzung und die Flüssigkeit über die Oberseite bzw. Spitze eines Wehrs, eines Damms oder einer Schranke leitet, die Verschmutzung und die Flüssigkeit zwischen einer Seite des Wehrs, des Dammes oder der Schranke und einer eng angrenzenden Ablenkplatte, die sich in einen stromabwärts gelegenen Pool am Boden des Wehrs, des Damms oder der Barriere erstreckt, herabfallen läßt, daß man die Verschmutzung und die Flüssigkeit in dem Pool sammelt, daß man die Verschmutzung sich von der Flüssigkeit abtrennen und in einem ruhigeren Bereich, der an die Stromabwärtsseite der Ablenkplatte angrenzt, koaleszieren bzw. zusammenwachsen läßt, und daß man gesondert die Flüssigkeit aus dem Pool entfernt.

100300

Vorzugsweise wird eine den Verschmutzungsschlamm zurückhaltende Ablenkplatte angeordnet, welche sich in die Oberseite des Pools mindestens nahe an dem Ort hineinerstreckt, v/o das V/asser von dem Pool entnommen wird, wodurch ein Schlamm der Verschmutzung zwischen der den Schlamm zurückhaltenden Ablenkplatte und der Ablenkplatte, die eng an das Wehr, den Damm oder die Barriere angrenzt, verdickt wird.

Um einen reineren Flüssigkeitsstrom zu erhalten, können die vorstehenden Stufen mindestens einmal im wesentliehen wiederholt werden, indem man die entnommene Flüssigkeit, die eine geringere Menge der Verschmutzung enthält, über die Oberseite von mindestens einem darauffolgenden Wehr, eines Dammes oder einer Schranke leitet.

In Figur 1 wird schematisch ein topologischer Separator gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nützt die Fließmuster aus, die wirksam eine Flüssigkeit und eine darauf schwimmende. Verschmutzung abtrennen, obgleich der Unterschied des spezifischen Gewichts zwischen den einzelnen Materialien gering ist. Da sich die Trennung auf der Ausbildung einer neuen Oberfläche oberhalb eines V/ehrs und einem Sammeln in einem ruhigen Bereich hinter einem Wehr aufbaut, wird der Separator als topologischer Separator beschrieben. Als Verschmutzung wird im folgenden Öl und als Flüssigkeit Wasser genannt, obgleich es auf der Hand liegt, daß auch andere Flüssigkeiten und aufschwimmende Verschmutzungen gemäß der Erfindung getrennt werden können. '

Bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung ist eine Aufeinanderfolge von V/ehren 1, 2 und 3 vorgesehen. Es können jedoch ein einziges Wehr, ein einziger Damm oder eine einzige Schranke

r:;it einer Ablenkplatte bzw. einem Leitblech verwendet werden, wie es nachstehend beschrieben wird. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Wehrs beschrieben, und es liegt auf der Hand, daß anstelle des Wehrs auch ein Damm oder eine Barriere mit verschiedenen bekannten Konfigurationen verwendet werden können. Weiterhin wird ersichtlich, daß andere Verschmutzungen und andere Flüssigkeiten als die beschriebenen Materialien Öl und Wasser vorhanden sein können. Ein bevorzugter Querschnitt' der Wehre ist im wesentlichen dreieckig (obgleich auch andere Gestalten verwendet werden können), wobei der Scheitel bzw. die Spitze jedes aufeinanderfolgenden Wehrs niedriger ist als der Scheitel bzw. die Spitze des vorhergegangenen V/ehrs. Ablenkplatten bzw. Leitbleche 4, 5 und 6 sind auf der Stromabwärtsseite jedes V/ehrs eng angrenzend an das Wehr vorgesehen. Sie erstrecken sich in Pools 7, 8 etc. In jedem Falle strömen das Öl und das Wasser über den Scheitel bzw. die Spitze des Wehrs und zwischen der Ablenkplatte und dem Wehr in den Pool von Öl und Wasser hinein. Sand 9 und 10 ist am Boden der Pools 7 und 8 vorgesehen, um eine natürliche Kontur bzw. einen natürlichen Umriß des Bodens zu ergeben und die Fließmuster innerhalb des Pools zu erhöhen. Durch eine richtige Gestaltung wird ein "Hügel" von V/asser in der Nähe des nächsten Wehrs gebildet, der das Ausmaß des Ölschlicks 11 und 12 begrenzt. Um einen stärkeren Aufstau von Öl zu gestatten, sind Filmzurückhalter, Olschlammzurückhalter oder Ablenkplatten bzw. Leitbleche 13 und 14 angeordnet, die sich in die Oberseite der Pools 7 und 8 erstrecken, um die Schlämme 11 und 12 zurückzuhalten. Stromabwärts dieser Barrieren bildet der Wasserstrom eine neue Oberfläche, die über das nächste Wehr herabläuft, USV/. Demgemäß baut sich die Erfindung auf der Tatsache auf, daß - wenn Wasser über ein Wehr fließt - Öl, oberflächenaktive Materialien, Schaum und dergleichen sich sammeln und hinter dem Wehr gefangen v/erden. Die besonders signifikante Ver-

-Ci-

310030(J

besserung gemäß der vorliegenden Erfindung sieht die Zufügung der Wehrablenkplatte vor, so daß das gesammelte Öl in den Pools 7, 8 etc. nicht in dem herabkommenden Öl etc. auf dem Wehr eingefangen wird. Die Entfernung von Öl aus dieser Sammelzone kann nach zahlreichen bekannten Arten geschehen, beispielsweise durch Brunnenpunktabsaugen.

Wie oben erwähnt, kann die Erfindung zur Entfernung von Öl aus Teersand verwendet werden. Sie kann auch zur Entfernung von Öl aus Abstromwasser von Raffinerien verwendet werden. Solche Separatoren sind kleiner als Separatoren für Teersand und existierende Separatoren, bei denen das Absetzen nur auf der Schwerkraft aufbaut.

Weiterhin kann die Erfindung zur Reinigung von Ölverschüttungen bzw. Ölvergießungen verwendet werden. Wenn ein Mehreinheiten-Wehrsystem zwischen zwei Pontonen eines Schiffes oder eines Auslegers angeordnet ist, dann bewirkt die relative Bewegung zwischen dem Schiff oder dem Ausleger und dem Wasserstrom den Fluß über das V/ehr, wodurch die Oberfläche praktisch abgesaugt wird.

Die Erfindung ist auch dazu geeignet, die Oberflächen von Bächen zu säubern, in denen Ölsickerungen oder -verschüttungen erfolgen. Die Erfindung kann zusammen mit einem existierenden Wehr oder einem existierenden Damm angewendet werden.

Quellen schäumen oftmals, wenn das sich bewegende Wasser oberflächenaktive Materialien auf neugebildeten Oberflächen konzentriert. Immer wenn Wasser auf dem Wege über einen Überfluß entfernt und auf dem Wege über einen Filter zurückgeführt wird, erfolgt eine kontinuierliche Reinigung des Wassers.. Ein topologischer Separator kann für die Reinigung verwendet werden.

3ί003Πη

Der topologische Separator kann auch zum Reinigen von Trinkwasser verwendet v/erden. Da Ströme und Seen eine erhebliche Menge von oberflächenaktiven Stoffen, Abfällen etc. enthalten, kann der topologische Separator gegebenenfalls zusammen mit einer Belüftung die meisten oberflächenaktiven Materialien etc. entfernen.

Abwässerbehandlungsanlagen schöpfen fettige Materialien von einer Plüssigkeitsoberflache ab. Ein topologischer Separator kann für diesen Vorgang verwendet werden. Ein weiteres Beispiel dieser Verwendung ist ein Schlachthaus, wo der Separator dazu verwendet werden kann, um fettiges Material wiederzugewinnen .

Die Erfindung wird in dem Beispiel erläutert. Beispiel

Ein Versuchswehrsystem vurde in Form eines Glastanks mit einer Länge von 1,8 m, einer Tiefe von 0,3 m und einer Breite von 15,2 cm konstruiert. Zwei Wehre bildeten ein Wehrsystem, wobei der Bereich zwischen den Wehren eine vollständige Abtrennungs- bzw. Separationszelle definierte. Die Höhendifferenz zwischen den Wehren war etwa 12,7 cm. Der Fluß wurde in dem System durch eine äußere Pumpe aufrechterhalten, die vom untersten Abschnitt des Wehrsystems abzog und durch ein Strahlrohr unter Zurverfügungstellung für eine Belüftung in den höchsten Abschnitt abgab. Das Flußsystem war geschlossen, so daß die Flüssigkeitstemperatur und die Azidität/Alkalinität leicht kontrolliert v/erden konnten.

Es wurde kein Versuch gemacht, kontinuierlich Feststoffe in das System einzuspeisen. Proben wurden in das System vor dem

31003 - ίο -

ersten V/ehr eingegeben und der Flüssigkeitsfluß wurde ausgebildet. Ein Abbrechen wurde durch Weiterführung der Strahlv/irkung des zurückkehrenden Stromes und Durchbewegen mit einem Paddel erreicht.

Die beste Disintegration und Trennung wurden erhalten, als der Ort und die Richtung des Rückkehrfließstrahls so angeordnet wurden, daß ein im Uhrzeiger verlaufender Wirbelstrom in dem Abschnitt des Wehrsystems vor dem ersten Wehr erzeugt wurde, wobei der Fluß zu dem Wehr von der Oberseite dieses Wirbels sich abschälte. Es lag keine Rezirkulations-Kitreißung der Oberfläche in dem Abschnitt des Wehrsystems vor dem ersten Wehr vor und das ganze an der Oberfläche schwimmende Bitumen wurde über das V/ehr getragen.

Es wurde festgestellt, daß das Bitumen von dem Sand wegschwamm und, als es zu der Oberfläche des heißen Wassers kam, sich sofort zu einem dünnen Film auf der Oberfläche ausbreitete. Die Bitumentröpfchen erzeugten Ülflecken mit maximalen Öl/Wasser- und Öl/Luft-Zwischenflächen. Wegen der relativ geringen Differenz des spezifischen Gewichts kamen nicht alle Bitumentröpfchen im Abschnitt des Wehrsystems vor dem ersten V/ehr an die Oberfläche und der Fluß über das erste Wehr enthielt suspendierten Bitumen sowie Tonteilchen und feinen Sand.

Die Wehre waren beide 45°-Kügel, die die Ausbildung von systematischen, in Gegenuhrzeigerrichtung verlaufenden vertikalen Wirbelströmen in beiden stromabwärts gelegenen Bereichen ergaben. Die Oberfläche, die auf die zwischen den V/ehren gelegene Uiveauoberflache auftraf, enthielt Wasser und Ölflecken und mitgerissene Luft am Eintrittepunkt. Es wurde festgestellt, daß die Ölflecken nicht leicht wiederbefeuchtet wurden, sondern ihre Luftanhaftung beibehielten und an die Oberfläche als

ό ! U U - J I j '

Blasen und reformierende Flecken stromabwärts des Wehrs beibehielten. Eine Belüftung und nach oben gerichtete Wirbelstrommuster bewirkten die Oberflächenabtrennung von mehr Öl.

Oberflächenablenkplatten wurden zwischen die zwei Wehre plaziert. Ein Ablenkblech in der ilähe des stromaufwärts gelegenen Wehrs hatte den Effekt, daß verhindert wurde, daß das Oberflächenöl in dem durch das V/ehr induzierten Wirbel wieder eingefangen wurde. Es wurde eine weitere Ablenkplatte plaziert, um zu verhindern, daß das Oberflächenöl über die zweite Ablenkplatte strömte. Die letztgenannte Ablenkplatte verstärkte die Trenneffekte des leichten "Hügels" von Wasser, der an diesem Ort gebildet worden war.

Beim Gebrauch erzeugte das Wehrsystem drei "Ströme". Das Material, das in die Sammelzone zwischen den zwei Ablenkplatten strömte, wurde als Schaum bezeichnet. Es wurde quantitativ durch Abschöpfen mit Glasplatten entfernt. Das Material, das in dem zirkulierenden Strom getragen wurde, wurde als Hittelprodukt bezeichnet. Von diesem Material wurden von dem fließenden Strom Proben abgenommen. Das Material, das am Boden der Wehrkammern zurückblieb, wurde als Schwanzprodukt bezeichnet. Dieses Material wurde quantitativ durch Absaugen von dem Boden entfernt.

Bei den folgenden Versuchen wurde das System mit 40 1 Wasser und Feststoff proben mit 500 g betrieben. Das Wasser wurde zuerst zirkuliert und auf 90⁰C erhitzt. Danach wurde die Feststoffprobe eingeführt und im Verlauf von 1 h dispergiert. Am Ende dieser Zeitspanne wurde der Schaum gesammelt und eine 1-1-Probe des Hittelprodukts wurde'genommen. Das Schwanzprodukt von dem ersten Brunnen wurde gleichfalls gesammelt. Danach wurde der zirkulierende Strom, der die Mittelprodukte

3 1003

enthielt, aufgeteilt und das System wurde mit sauberem Leitungswasser gefüllt. Die restlichen Schwanzprodukte vmrden gesammelt und zu der ursprünglichen Wiedergewinnung gegeben.

Der wieder gewonnene Schaum wurde in Toluol aufgelöst und zur Entfernung von Wasser destilliert. Sodann wurde er gewogen, verascht und wieder gewogen, um den Gesamtbitumengehalt und den Gesamtgehalt an anorganischen Stoffen zu ermitteln.

Die Schwanzprodukte wurden getrocknet, gewogen und sodann mit Trichloräthylen extrahiert. Das Bitumen wurde aus dem Extrakt gewonnen und abgewogen.

Die I-littelprobe wurde filtriert und getrocknet. Der Kohlenstoffgehalt des wiedergewonnenen homogenisierten Tons wurde nach der Leco-Hethode bestimmt. Das Bitumen hatte einen Kohlenstoffgehalt von 85%. Dieser Faktor wurde dazu verwendet, um den nach der' Leco-Kethode ermittelten Kohlenstoffgehalt in die entsprechenden Bitumenwerte umzurechnen.

Der folgende Versuch wurde mit einer reinen Teersandprobe durchgeführt und er zeigt eine gute Wiedergewinnung des Bitumens in dem Schaum. Die Trennung führte zu einer hohen Ausbeute, da die Mineralien in dieser Probe hauptsächlich Sand und nur 1,86^0 Hittelprodukte waren.

Fraktionen

Erz Schaum Hittelpro- Schwanz-

dukte produkte

Fraktion, % trockenes

Erz 100 12,05 1,86 86,08

Bitumen, % der Fraktion 11,76 90,26 25,02 0,48 Bitumen, % des trockenen

Erzes 11,76 10,88 0,47 0,41

Bitumen, % des Gesamtbitumens 100 92,53 3,97 3,51

31003QU

Bei dem folgenden Versuch wurden Tonlinsen mit niedrigem Bitumengehalt in die oben beschriebene an Teersand reiche Probe eingeknetet. Diese Probe, die für ein Tonmaterial repräsentativ sein kann, das aus Sandgrenzflächen herausgegraben und einer mechanischen Handhabung unterworfen wird, ergab eine niedrigere Schaumwiedergewinnung und eine höhere Produktion an Hittelprodukt. Beim Fördern vermischt die Kratzwirkung des Schaufelrads den Ton und den Sand in beliebiger Weise.

Fraktionen

Erz Schaum Mittel- Schwanzprodukte produkte

Fraktion, % trockenes Erz 100 Bitumen, % der Fraktion 7,85 Bitumen, % des trockenen Erzes 7,85 Bitumen, % dss Gesamtbitumens 100

Der Ton des folgenden Versuchs war derjenige, der zur Herstellung des Gemisches des obigen Versuchs verwendet worden war.

Fraktionen

Erz Schaum Mittel- Schwanzprodukte produkte

Fraktion, % trockenes Erz 100 0,69

Bitumen, % der Fraktion 3,94 83,45

Bitumen, % des trockenen Erzes 3,94 0,58

Bitumen, % des Gesamtbitumens 100 14,68

Der folgende Versuch mit einem Gemisch aus Teersand und Tonlinsen erforschte den Effekt einer Alkali-(NaOII-)-Zugabe zu dem Erz, die in der Konditionierungsstufe durchgeführt wird, um die Ausbeute an Schaum und daher an wiedergewinnbarem Bitumen zu vermindern.

4,57	23,89	71,54
85,89	15,53	0,29
3,93	3,71	0,21
50,04	47,28	2,68

42,50	56,81
7,43	0,37
3,16	0,21
80,05	5,27

310 0 ?j 0 i..l

Fraktionen

Erz Schaum Mittel- Schwanzprodukte produkte

0,30	36,64	63,06
92,35	19,49	0,23
0,28	7,14	0,15
3,67	94,40	1,93

Fraktion, % trockenes Erz 100
Bitumen, % der Fraktion 7,57
Bitumen, % des trockenen Erzes 7,57
Bitumen, % des Gesamtbitumens 100

Die obigen Versuche zeigen, daß das erfindungsgemäß vorgenommene mäßige Waschen dazu imstande war, Bitumen sowohl aus Teersänden als auch Teer, der Öl/Tonlinsen enthielt, in respektablen Ausbeuten zu extrahieren.

Claims

PATENTANWÄLTE DR WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER - DR-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDS! RASSE 15 D-8OOO MÜNCHEN 71 TELEFON 089/797077-797078 ■ TELEX 05-212156 kpatd TELEGRAMM KRAUSPATENT 2777 VJK/rm

1. GHELL CAIIADA LIMITED, Toronto, Canada und

2. SHELL EXPLORER LIMITED, Houston / USA

Verfahren zur Entfernung einer schwimmenden Verschmutzung von einer Flussigkeitsoberfläche

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung einer schwimmenden Verschmutzung von einer Flüssigkeitsoberfläche, dadurch gekennzeichnet , daß man die Verschmutzung und die Flüssigkeit über die Oberseite einer Barriere leitet und die Verschmutzung und die Flüssigkeit zwischen einer Seite der Barriere und einer Ablenkplatte, welche eng an die Barriere angrenzt und sich in einen Pool einer Flüssigkeit am Boden der Barriere erstreckt, herabfallen läßt, die Ver-

schmutzung in dem Pool sammelt, die Verschmutzung sich von
der Flüssigkeit in einem ruhigen Bereich, der an die Ablenkplatte angrenzt, abtrennen läßt und da/·' man gesondert die
Flüssigkeit aus dem Pool entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschmutzung Öl und die Flüssigkeit Wasser ist und daß das Ül und das Wasser durch Entfernung von Öl aus Teersand mit Wasser erhalten worden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschmutzung Öl und die Flüssigkeit Wasser ist und daß das Öl und das Wasser Raffinerieabströme sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschmutzung Öl und die Flüssigkeit Wasser ist, daß das Öl und das V/asser das Ergebnis eines Verschüttens bzw. Vergießens von öl auf einer Wasseroberfläche sind und daß die Barriere auf einem Ölabschöpfungsgefäß vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschmutzung auf der Oberfläche von Wasser in einem fließenden Strom vorliegt und daß sich
die Barriere über den Strom erstreckt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschmutzung ein oberflächenaktives Material ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man das entfernte Wasser als Trinkwasser verwendet.

31 α ο :> η η

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser belüftet.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere sich in einer Quelle befindet.

10. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch" gekennzeichnet, daß die Verschmutzung ein fettiges Material ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Abwasser ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das fettige liaterial ein tierisches Fett ist.

13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufen mindestens einmal im wesentlichen wiederholt, indem man das entnommene Wasser, das eine geringere Menge von Öl enthält, über die Oberseite einer darauffolgenden Barriere leitet.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt jeder der zwei angrenzenden Barrieren im wesentlichen dreieckig ist, daß der Scheitel bzw. der Gipfel der zweiten Barriere niedriger ist als der Scheitel bzw. der Gipfel der ersten Barriere und daß die zwei Barrieren an den Grundlinien verbunden sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man teilchenförmiges liaterial zwischen

3 00

angrenzenden Barrieren zusetzt, -um der Kontur bzw. dem Umriß des Bodens des Pools natürlich eine Stromlinienform zu geben.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man eine zweite Ablenkplatte einsetzt, welche sich in die Oberseite des Pools mindestens nahe des Orts erstreckt, wo die Flüssigkeit aus dem Pool entfernt wird, wodurch ein Verschmutzungsschlamm zwischen der Ablenkplatte, die an die Barriere angrenzt, und der zweiten Ablenkplatte gesammelt wird, und daß man die Höhe eines Hügels der Flüssigkeit in dem Pool zwischen den Ablenkplatten erhöht.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere ein Damm ist.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Barriere ein Wehr ist.

19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschmutzung Öl von Teersand und daß die Flüssigkeit heißes V/asser ist.