专利名称：广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及广域水面泄漏原油的收集与处理技术领域，特别是一种可用于海洋、 湖泊、内河中油船漏油处理的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置。其使用对象主要包括国家应急灾害处理机构、环境保护局等政府机构以及原油生产和运输企业两类。
背景技术：
目前针对海面上漂浮的油污，主要采取的方法有
1、焚烧。此方法比较原始，焚烧的后果有(1)产生的粉尘会对环境造成二次污染；(2) 大面积焚烧会对海洋的生态环境造成更大的灾难；(3)将油污燃烧殆尽会造成极大浪费。2、喷洒分散剂、去垢剂、洗涤剂和其他界面活性剂等，把海面的浮油分散成极微小的颗粒，使其在海水中乳化、分散、溶解或沉降到海底，但不能从根本上解决污染问题。3、利用吸附性强的活性碳等物质吸附净化。这会消耗很多吸附性物质，成本高而且收集的油污无法回收利用。4、部分地区采用人工捞油的方法。此方法虽然成本低，可操作性大，但是适用区域较小，效率低，最主要的是对人体伤害很大。5、采用大型围油栏，用围栏把一定范围的油污围堵住，然后缩减围堵面积，使油面增高，再用油污收集装置把油污吸起，经输油管把油污送走(多个气囊把泵体托住，漂浮在水面，通过调节气囊使泵体的吸入口与水面保持一定的距离，输油管的一端与泵体相连接)，达到清除水面油污的目的。此法收集油污可以作到一次性油水分离，但在收集之前需要预先将油污用围栏围住，比较费事，在油轮泄漏等重大事故中往往难以奏效，而且此类装置无法快速到达事故地点。6、采用与船只结合的处理设备，根据重力不同原理将下层水从底部抽出，将油水混合物带回陆地上处理，经历浮上、隔油、气浮或化学剂反应絮凝，此一系列设备占地面积很大，或者直接在船上安装离心分离机，采取一次油水分离，分离不彻底，最后所获得的油水中油的比例较低，且容易产生二次污染。综上所述，现有技术中的油水分离技术皆存在分离不彻底的缺陷。而实际上，油水混合物中的油通常有四种存在形态
1、可浮油如把含油废水放在容器中静置，有些油滴就会慢慢浮升到水面。这些成悬浮状态的油滴粒径较大，通常大于100 μ m。2、细分散油油滴粒径一般为10-100 μ m，以微小油滴分散悬浮于水中，长时间静
置后可以形成可浮油。3、乳化油油滴粒径小于10 μ m, 一般为0. 1-2. Oym0往往因水中含有表面活性剂而呈乳化状态即使是静置数小时，甚至更长时间，仍然稳定分散于水中。4、溶解油溶解油滴粒径比乳化油还小，有的可以小到几纳米，以溶解状态存在于水中，但油在水中的溶解度非常低，通常每升只有几个毫克。如果能将油水分离的过程与上述油品的四个形态相对应进行分级处理，应该会达到非常显著的油水分离效果。
发明内容
本发明针对现有技术中油水分离不彻底的缺陷，提出一种广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置。其能够对广域水面的泄漏原油进行现场分离与收集，利用分级处理的方式将高浓度的原油分离出来并回收。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其包括仓体，仓体的一侧上端设有进油口 ；仓体内从靠近进油口的一侧到仓体另一侧之间设有依次相连通的浮上池、粗梨花隔油池、气浮池和清水池，其中
进油口的下端设有挡板，挡板与进油口下端的仓体外壳之间为转动连接； 仓体内设有标准水位线；
浮上池中设有排油管和水位探针，排油管位于标准水位线之上；水位探针数量为2个， 其中一个探针的下端位于标准水位线以下，另一个探针的下端位于标准水位线以上； 粗粒化隔油池中设有粗粒化聚结材料，粗粒化聚结材料的顶端低于标准水位线； 气浮池中，在标准水位线以下设有稳流切割机，稳流切割机的下方设有扩散器，扩散器内部与仓体外部相连通；
清水池中设有相互连接的抽水泵和出水管，出水管的出水口位于仓体外； 还包括控制模块，控制模块接收水位探针的水位信号，当仓内水位高于标准水位线时， 控制模块控制抽水泵开始工作。作为一种改进，粗粒化隔油池与气浮池之间还设有搅拌池，搅拌池中标准水位线以下设有搅拌器。粗粒化隔油池中的下层水中含有乳化油，在进入气浮池之前经过搅拌池中搅拌器的搅拌作用后，可优化气浮池中切割分散空气气浮作用的效果，使得气浮池中的分离更加彻底。作为一种改进，仓体上还设有储油室，浮上池中排油管的出油口连接储油室。当储油室中的油达到一定的量即可利用本发明的仓体将分离收集到的油体带回。作为一种改进，本发明还包括挡板位置探针，其安装于挡板上，随挡板的转动而升降；挡板位置探针检测探针顶端所接触物质的电平信号，并将电平信号传输至控制模块中， 控制模块根据电平信号控制挡板转动。优选的，挡板位置探针安装于挡板的活动端边缘，数量为4个，各探针的顶端位于不同的高度。具体的，在进行漏油收集处理作业时，只需将一根高电平的电线探入水中，使得整个水体处于高电平。当探针顶端接触到水体时，探针检测信号为高电平，标记为1 ；由于油的导电率极差，当探针顶端接触到的为油时，检测信号则为低电平，标记为0。控制模块可根据四根探针输入信号的不同，判断四个探针所接触的物质为水还是油，从而判断挡板的位置与油水分界面位置的关系，进而对应控制挡板上升或下降，使挡板上沿始终插在油层和水层之间；如探针输入信号为1100，则可判断挡板正位于油水分界面处，也即标准位置。此外，本发明中的液位探针的探测原理与挡板位置探针相同，也是通过改变水体的电平为高电平，从而使得液位探针在液位变化时输入控制模块的信号组合不同，判断实际水位线是否低于标准水位线，进而控制水泵的运行。液位探针与挡板位置探针皆可采用现有技术中的成熟探针产品，也可以采用普通的信号传输线来实现。作为一种改进，本发明还包括步进电机和偏心轮，步进电机的输出轴通过偏心轮连接挡板；控制模块控制步进电机的运行，进而带动挡板的转动。挡板的转动能同步的改变其上探针的位置，对探针检测信号产生影响，控制模块的输入量变化，进而形成一个针对挡板位置的负反馈调节，使得挡板位置最终稳定在于油水分界面处。具体的，挡板内侧通过转轴连接进油口下端，外侧为活动端，偏心轮将步进电机的运行传递至挡板，转化为转轴的转动，从而带动挡板转动，改变挡板活动端的高度。优选的，浮上池、粗粒化隔油池、气浮池、清水池中，每两个相邻池之间，前一个池的下端与后一个池的上端相通。优选的，每两个相邻池之间可以通过隔板隔开，隔板由前后隔板组成，前隔板上端连接仓体外壳，下端与仓体外壳之间设有通水口 ；后隔板下端连接仓体外壳，上端与仓体外壳之间设有通水口 ；且后隔板的上端低于标准水位线。优选的，本发明的气浮池中的稳流切割机包括旋转扇叶，扩散器采用多孔材料制成，并位于稳流切割机旋转扇叶的下部；扩散器下端连接有进气管，进气管的出气口位于仓体外部。仓体外部的空气会在压力作用下自动进入进气管，进而进入到扩散器中，在扩散器的多孔结构以及稳流切割机旋转扇叶的作用下，空气会在水中形成微小气泡，气泡与水中残留的乳化油悬浮油滴黏附形成水-气-液三相混合体系，并随着气泡一起浮到水面形成便于分离提取的表面油层，油层下的水即可进入清水池，并在抽水泵的作用下被抽出至仓体外。具体的，本发明中粗粒化隔油池的对油水进行二次分离，其分离原理为粗粒化法， 又称为聚结法，该法是利用油水相对粗粒化聚结材料的亲和力相差悬殊的特性，使得油粒被聚结材料捕获而滞留于材料表面和孔隙内形成油膜，油膜增大到一定厚度时，在水力和浮力等作用下油膜脱落合并聚结成较大的油粒，最终漂浮至水面，形成油层。粗粒化隔油池中的下层水中含有乳化油，并流入下一级分离池中。粗粒化聚结材料可选用现有成熟产品。本发明的控制模块可利用现有技术中的MCU芯片如单片机等实现，主要工作为接收挡板位置探针以及水位探针的电平信号，并输出控制步进电机和抽水泵工作的信号。具体控制程序可根据现有成熟软件技术编程实现。有益效果
本发明具有如下的特色及优点
1、结合油水混合物中油的四种存在形态，将油水分离分成了四个级别 在一级分离时，挡板上设置的挡板位置探针，可保证挡板位置始终处于油水分界面处， 从而提高最初进入本发明装置中的油水混合物中油的比例；
二级分离三级分离进行了优化匹配，浮上池的设置使得粗粒化池处于油水沉降时间内，也即除油效率最优的环境，因此粗粒化池能将水层中残余的细分散油滴清除； 四级分离时，本发明利用气浮原理，将残留的乳化悬浮油滴进一步分离清除； 四级分离系统保证了油水分离的彻底性。2、本发明通过设置挡板位置探针以及水位探针，与控制模块相结合形成反馈控制的模式，对油水分离进程进行控制，实现挡板高度变化以及水泵间歇性工作的自动化控制， 并保证实际水位线始终在标准水位线上下很小区间以内，工作稳定可靠，效率较高。3、本发明可由船只拖动，在无需其它工程机械运输的情况下，快速赶赴工作水域；在工作水域可平稳工作，抗风浪能力强；还可与集油翼的相结合，使表面油层聚拢，厚度增加，提高一次油水分离的效率。4、本发明在应用时，船载方式与全自动的控制系统，可避免人与油污的直接接触， 保证人员安全健康；且进入仓体的油水混合物在经过四级分离后，清水被重新排出仓外，而原油则留在仓内，不会流出造成二次污染。
图1是本发明的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式
做进一步描述。结合图1，本发明包括仓体，仓体的一侧上端设有进油口 A ；仓体内从靠近进油口 A 的一侧到仓体另一侧之间设有依次相连通的浮上池B、粗粒化隔油池C、搅拌池F、气浮池D 和清水池E，其中
进油口 A的下端设有挡板1，挡板1与进油口 A下端的仓体外壳之间为转动连接；挡板位置探针安装于挡板活动端的边缘上，随挡板的转动而升降，数量为4个，各探针的顶端位于不同的高度。仓体内设有标准水位线2 ；
浮上池B中设有排油管3和水位探针4，排油管3位于标准水位线2之上；水位探针4 数量为2个，其中一个探针的下端位于标准水位线以下，另一个探针的下端位于标准水位线以上；此外仓体上还设有储油室，排油管的出油口连接储油室；
粗粒化隔油池C中设有粗粒化聚结材料5，粗粒化聚结材料5的最低端低于标准水位线
2 ；
搅拌池F中标准水位线2以下设有搅拌器11 ；
气浮池D中，在标准水位线2以下设有稳流切割机6，稳流切割机6的下方设有扩散器 7，扩散器7内部与仓体外部相连通；稳流切割机6包括旋转扇叶，扩散器7采用多孔材料制成，并位于稳流切割机旋转扇叶的下部；扩散器7下端连接有进气管8，进气管8的出气口位于仓体外部；
清水池E中设有相互连接的抽水泵9和出水管10，出水管10的出水口位于仓体外。本发明中，浮上池B、粗粒化隔油池C、搅拌池F、气浮池D、清水池E中，每两个相邻池之间通过隔板隔开，隔板由前后隔板组成，前隔板12上端连接仓体外壳，下端与仓体外壳之间设有通水口 ；后隔板13下端连接仓体外壳，上端与仓体外壳之间设有通水口 ；且后隔板的上端低于标准水位线。本发明还包括控制模块，控制模块接收水位探针的水位信号，当仓内水位高于标准水位线时，控制模块控制抽水泵开始工作，以保证标准水位线与实际水位线的持平。本发明中挡板的转动由控制模块控制，此外还包括步进电机和偏心轮，步进电机的输出轴通过偏心轮连接挡板；控制模块控制步进电机的运行，进而带动挡板的转动。本发明中的液位探针的探测原理与挡板位置探针探测原理相同，在进行漏油收集处理作业时，只需将一根高电平的电线探入水中，使得整个水体处于高电平。
6
挡板位置探针在作用时，当探针顶端接触到水体时，探针检测信号为高电平，标记为1 ；由于油的导电率极差，当探针顶端接触到的为油时，检测信号则为低电平，标记为0。 挡板位置探针将检测到的电平信号传输至控制模块中，控制模块可根据四根探针输入信号的不同，判断四个探针所接触的物质为水还是油，从而判断挡板的位置与油水分界面位置的关系，进而对应控制挡板的转动，使挡板上沿始终插在油层和水层之间；如探针输入信号为1100，则可判断挡板正位于油水分界面处，也即标准位置。液位探针在作用时，如果实际水位线在标准水位附近，则两个水位探针输入到控制模块的电平信号分别为高低电平。控制模块根据水位探针输入信号的不同，判断实际水位线是否低于标准水位线，进而控制抽水泵的运行。液位探针与挡板位置探针皆可采用现有技术中的成熟探针产品，也可以采用普通的信号传输线来实现。本发明在应用时，仓体可以船载方式进入工作水域，油水混合物通过挡板1，进入进油口 A，控制模块根据挡板位置探针的电平信号控制挡板转动，使得挡板顶端插在油层和水层界面之中，把下层水挡在仓体外，让上层浓度较高的油流入舱内，实现初步油水分离。 油水混合物进入浮上池B，利用油水重力比不同使油水在浮上池中自然分离，可浮油会上浮至水面形成一层较厚的油层，而下层的水中含有细分散油，会进入粗粒化隔油池C中。浮上池B内设有液面二级探针9，可以控制池内液面位于标准水位线附近，若高于标准水位线，控制模块自动控制清水池E内抽水泵工作，由于水泵抽水速率大于进水口进水速度，水泵工作一段时间后池内液面降至标准水位线以下，由探针探测到后控制模块即控制水泵停止工作，之后池内水面又慢慢上升，如此循环工作。在粗粒化隔油池C中，粗粒化材料3利用油和水相对聚结材料亲和力的差异，在污水通过粗粒化聚结材料时，水中较小油粒就附着到材质表面和孔隙口，继而随着较小油滴越聚越多，逐渐增大，最后脱落浮到粗粒化池表面，形成一层较薄的油层，而下层含有乳化油的水会经过搅拌池F后进入气浮池D。气浮池 D中加入破乳剂进行破乳，然后可利用切割分散空气气浮技术，使得外部进入到扩散器中的空气在水中形成微小气泡，微小气泡与水中残留的悬浮油滴黏附形成水-气-液三相混合体系，随着气泡一起浮到水面形成表面油层除去。经气浮池D处理过后的水进入清水池E， 其只含有微量的溶解油，可由水泵9排出舱外。综上所述，本发明可实现油水混合物的彻底分离，使得广域水面泄漏原油能够得到高效率的收集与处理。本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其特征是，包括仓体，仓体的一侧上端设有进油口 ；仓体内从靠近进油口的一侧到仓体另一侧之间设有依次相连通的浮上池、粗粒化隔油池、气浮池和清水池，其中进油口的下端设有挡板，挡板与进油口下端的仓体外壳之间为转动连接；仓体内设有标准水位线；浮上池中设有排油管和水位探针，排油管位于标准水位线之上；水位探针数量为2个， 其中一个探针的下端位于标准水位线以下，另一个探针的下端位于标准水位线以上；粗粒化隔油池中设有粗粒化聚结材料，粗粒化聚结材料的顶端低于标准水位线；气浮池中，在标准水位线以下设有稳流切割机，稳流切割机的下方设有扩散器，扩散器内部与仓体外部相连通；清水池中设有相互连接的抽水泵和出水管，出水管的出水口位于仓体外；还包括控制模块，控制模块接收水位探针的水位信号，当仓内水位高于标准水位线时， 控制模块控制抽水泵开始工作。
2.根据权利要求1所述的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其特征是，粗粒化隔油池与气浮池之间还设有搅拌池，搅拌池中标准水位线以下设有搅拌器。
3.根据权利要求1所述的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其特征是，仓体上还设有储油室，浮上池中排油管的出油口连接储油室。
4.根据权利要求1所述的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其特征是，还包括挡板位置探针，其安装于挡板上，随挡板的转动而升降；挡板位置探针检测探针顶端所接触物质的电平信号，并将电平信号传输至控制模块中，控制模块根据电平信号控制挡板转动。
5.根据权利要求1至4任一项所述的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其特征是，浮上池、粗粒化隔油池、气浮池、清水池中，每两个相邻池前一个池的下端与后一个池的上端相通。
6.根据权利要求5所述的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其特征是，所述每两个相邻池之间通过隔板隔开，隔板由前后隔板组成，前隔板上端连接仓体外壳，下端与仓体外壳之间设有通水口 ；后隔板下端连接仓体外壳，上端与仓体外壳之间设有通水口 ； 且后隔板的上端低于标准水位线。
7.根据权利要求4所述的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其特征是，所述挡板位置探针安装于挡板的外侧边缘，数量为4个，各探针的顶端位于不同的高度。
8.根据权利要求4所述的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其特征是，还包括步进电机和偏心轮，步进电机的输出轴通过偏心轮连接挡板；控制模块控制步进电机的运行，进而带动挡板的转动。
9.根据权利要求1至4任一项所述的广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其特征是，气浮池中的稳流切割机包括旋转扇叶，扩散器采用多孔材料制成，并位于稳流切割机旋转扇叶的下部；扩散器下端连接有进气管，进气管的出气口位于仓体外部。
全文摘要
本发明公开一种广域水面泄漏原油的收集与处理一体化装置，其包括仓体以及控制模块，仓体上设有进油口，进油口的下端转动连接有挡板；仓体内设有标准水位线；并设有依次相连通的浮上池、粗粒化隔油池、气浮池和清水池，浮上池中设有排油管和水位探针，粗粒化隔油池中设有粗粒化聚结材料，气浮池中，设有稳流切割机和扩散器；清水池中设有相互连接的抽水泵和连通仓体外部的出水管；控制模块接收水位探针的水位信号，当水位低于高于标准水位线时，控制模块控制抽水泵开始工作。本发明中由进油口、浮上池、粗粒化隔油池、气浮池依次完成对油水混合物的四级分离，每一级分离都针对油的相应存在状态进行，能够达到彻底分离油水混合物的目的。
文档编号E02B15/10GK102418332SQ201110308128
公开日2012年4月18日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者刘凌沁, 周文佳, 杜晓飞, 胡健, 金保昇, 陆胜豪 申请人:东南大学