Como funciona um separador de óleo e água? Gravidade, placas coalescentes e DAF explicadas

Uma planta metalúrgica descarrega cerca de 20 metros cúbicos por hora de água de enxágue, transportando cerca de 400 mg/L de óleo residual e fluido de corte. O óleo livre flutua na superfície em minutos se a água tiver um lugar tranquilo para descansar. O óleo emulsionado pode ficar pendurado na mesma água por horas e ainda assim não subir. Essa diferença, e não o formato do tanque, decide se um separador de óleo e água funciona.

Então aqui está a versão resumida: um separador de óleo e água não filtra o óleo da água. Ele desacelera a água, espalha-a o suficiente e dá à flutuabilidade tempo suficiente para elevar as gotas de óleo até uma superfície onde um skimmer pode retirá-las. Placas, defletores, bolhas de ar e produtos químicos existem para facilitar esse trabalho.

Flutuabilidade, área de superfície e tempo: as três alavancas de separação

O óleo flutua porque é mais leve que a água. A maioria dos óleos minerais, fluidos hidráulicos e diesel ficam entre 0,85 e 0,92 g/cm³, enquanto a água a 20 graus Celsius fica perto de 1,00 g/cm³. A diferença geralmente é de apenas 8 a 15 por cento, razão pela qual a separação é lenta e por que a geometria do tanque é tão importante.

A velocidade de ascensão de uma única gota é normalmente estimada pela lei de Stokes:

v = g (densidade da água - densidade do óleo) d ² /18 viscosidade

onde d é o diâmetro da gota e a viscosidade é a da água. Duas coisas se destacam. Como o diâmetro é quadrado, duplicar o tamanho da gota faz com que ela suba quatro vezes mais rápido. Como a viscosidade está no denominador, aquecer a água tem o mesmo efeito que aumentar as gotas. Um separador que ignora qualquer um dos fatores é um tanque de decantação com um nome mais impressionante.

Da entrada à saída: o que cada etapa da unidade faz

Quase todos os separadores por gravidade seguem a mesma sequência, seja uma unidade API de concreto enterrada em uma refinaria ou uma unidade compacta de aço no chão de uma oficina.

1. Distribuidor de entrada ou defletor. Ele elimina a pressão de velocidade do tubo de entrada e espalha o fluxo uniformemente por toda a largura da unidade. A distribuição desigual é a causa mais comum de curto-circuito.
2. A areia e os sólidos desaparecem. Areia, incrustações e sólidos pesados ​​depositam-se em uma tremonha na parte inferior, geralmente um reservatório em forma de V com uma válvula de drenagem ou uma broca.
3. Pacote de placas ou mídia coalescente. As placas inclinadas cortam a distância vertical que uma gota deve percorrer, de dezenas de centímetros a alguns centímetros, e fornecem às pequenas gotas uma superfície para se fundirem.
4. A camada de óleo se acumula. O óleo livre se acumula como uma película que engrossa até cerca de 25 a 50 mm antes de ser retirado por um tubo skimmer, um skimmer de correia ou um açude ajustável.
5. Açude ou defletor de saída. A água é retirada abaixo da camada de óleo e sai por um açude que define o nível da água e, portanto, a profundidade da camada de óleo, dentro da unidade.

A ordem é importante. Se o defletor de entrada estiver obstruído ou o conjunto de placas estiver cego, cada estágio a jusante estará trabalhando com a água errada e o açude de saída simplesmente transmitirá o problema.

Com que rapidez as gotas de óleo realmente sobem?

Os números tornam a lógica do design óbvia. Usando a lei de Stokes com uma diferença de densidade de 80 kg/m³ em água a 20 graus Celsius, uma gota de 150 mícrons, a base clássica do projeto para um separador gravitacional, sobe aproximadamente 1 mm por segundo. São necessários cerca de 17 minutosutos para percorrer um metro.

É por isso que os separadores gravitacionais são longos e rasos. Mantenha as gotas a 20 cm da superfície e o tempo de residência necessário cai de dezenas de minutos para alguns. É também a razão pela qual existem pacotes de placas: encurte o caminho de subida e você poderá encolher o tanque ou capturar gotas menores na mesma área.

A temperatura é a variável mais barata para mudar

A viscosidade da água cai drasticamente à medida que aquece. É cerca de 1,79 mPa·s a 0 graus, 1,00 a 20 graus e aproximadamente 0,55 a 50 graus. Como a viscosidade está no denominador da lei de Stokes, aquecer uma corrente de 20 a 50 graus quase duplica a velocidade de ascensão de cada gota nela contida, sem alterar uma única placa.

É por isso que os sistemas óleo-água em climas frios são isolados ou aquecidos, e é por isso que a mesma unidade muitas vezes funciona melhor no verão do que no inverno. É também um aviso. Se uma planta mudar para um detergente ou agente de limpeza diferente, a fração emulsionada pode saltar drasticamente e o separador parecerá como se algo mecânico tivesse falhado, quando nada aconteceu.

As principais rotas de separação comparadas

A separação por gravidade é a espinha dorsal do tratamento de água oleosa, mas raramente é tudo. As rotas abaixo são as mais frequentemente encontradas antes de um ponto de descarga ou de uma etapa de reutilização.

Máquina de flutuação de ar horizontal A máquina de flotação por ar dissolvido por advecção é um equipamento de separação sólido-líquido comumente usado na indústria de tratamento de esgoto. Ele pode efetivamente remover a suspensão... Ver Produto →

A flotação por ar dissolvido merece uma análise mais detalhada porque altera o mecanismo e não a geometria. Em vez de esperar que o petróleo suba por si só, as microbolhas fixam-se às gotículas e elevam-nas a uma velocidade que a gravidade por si só não consegue produzir. Ele remove o óleo disperso e levemente emulsionado pelo qual uma unidade de gravidade simples passa diretamente.

Onde a dosagem química se encaixa

Abaixo de aproximadamente 20 mícrons, as gotículas de óleo se comportam mais como matéria dissolvida do que como óleo flutuante. Uma gota de 20 mícrons precisa de várias horas para subir um metro, o que nenhum tanque prático pode oferecer. A resposta é cultivá-las: um coagulante neutraliza a carga superficial das gotículas e um floculante transforma as gotículas neutralizadas em flocos grandes o suficiente para serem removidos pela gravidade ou pela flutuação.

A química só funciona se a dosagem for consistente. As taxas de dosagem em água oleosa normalmente ficam na faixa de dezenas a centenas de mg/L, e uma bomba dosadora que varia 20% desperdiça polímero ou deixa o óleo passar para a saída. É por isso que sistemas de dosagem embalados com câmara de mistura e bombas calibradas são padrão em tratamento de águas residuais industriais linhas onde o influente muda turno a turno.

Dispositivo de dosagem integrado Máquina de desidratação de lodo de prensa de parafuso Ver Produto →

O que decide se a unidade atende aos seus números

Dois separadores construídos de acordo com desenhos idênticos podem ter um desempenho muito diferente. Na prática, o desempenho é decidido por uma pequena lista de variáveis:

• Taxa de carregamento superficial, em metros cúbicos por metro quadrado por hora. Empurre para cima e o tempo de retenção cai proporcionalmente.
• Temperatura e viscosidade do fluxo de entrada.
• Distribuição do tamanho das gotas: livres, dispersas ou emulsionadas.
• Turbulência na entrada, que quebra novamente as gotas que já coalesceram.
• Profundidade e estabilidade da camada de óleo. Uma camada com excesso de gordura transporta água, uma camada com pouca gordura transporta óleo junto com a água.
• Lama e areia acumuladas, que reduzem silenciosamente o volume de trabalho da unidade.

Apenas um item dessa lista é uma propriedade mecânica do separador. O resto são propriedades do fluxo e de como a unidade é operada.

Manutenção e o lodo que ninguém planeja

Um separador de óleo e água é um dispositivo passivo, por isso falha silenciosamente. Os sintomas habituais são previsíveis:

• Óleo na saída: camada de óleo muito espessa, intervalo de escumação muito longo ou barragem de saída muito baixa.
• Má separação no fluxo de projeto: curto-circuito causado por um defletor de entrada bloqueado ou um conjunto de placas sujo.
• Odor persistente e manta de lodo ascendente: os sólidos se acumulam na tremonha mais rapidamente do que são retirados.
• Perda repentina de desempenho sem alteração mecânica: um novo agente de limpeza ou uma alteração de processo emulsionou o óleo.

O petróleo recuperado da superfície e o lodo extraído do fundo precisam de um destino. O lodo oleoso é normalmente desidratado antes do descarte ou do coprocessamento, e é aqui que muitas plantas pequenas não ficam presas, porque o lodo oleoso se comporta de maneira muito diferente do lodo municipal e cega o equipamento convencional de desidratação.

Máquina de desidratação de lodo de prensa de parafuso A máquina de desidratação misturadora de esgoto tipo espiral pode não apenas tratar lodo de alta concentração, mas também concentrar e desidratar esgoto de baixa concentração. O aplicável ... Ver Produto →

Escolhendo um separador para seu stream

Comece com o espectro das gotas, não com a vazão. Se o fluxo for composto principalmente de óleo livre do chão de uma oficina, de um compartimento de lavagem de veículos ou de um reservatório de combustível, um separador gravitacional de placas dimensionado em uma base de 60 a 100 mícrons normalmente fará o trabalho. Se transportar óleo emulsionado, refrigerante de usinagem ou água produzida de operações de petróleo e gás , a gravidade por si só não atingirá o limite de descarga e é necessária uma fase de flotação ou química.

Em seguida, verifique os itens práticos: área útil disponível, se há calor disponível, como o óleo recuperado e o lodo serão manuseados e quem limpará a unidade. Essas quatro perguntas prevêem o custo operacional de forma muito mais confiável do que qualquer valor de folheto sobre eficiência de remoção.

Perguntas frequentes