Un impianto per la lavorazione dei metalli scarica circa 20 metri cubi all'ora di acqua di risciacquo trasportando circa 400 mg/l di oli estranei e fluido da taglio. L'olio libero galleggia in superficie in pochi minuti se all'acqua viene dato un posto tranquillo dove sedersi. L'olio emulsionato può restare sospeso nella stessa acqua per ore e tuttavia non salire. Questa differenza, non la forma del serbatoio, decide se un separatore acqua olio funziona.
Quindi ecco la versione breve: un separatore acqua-olio non filtra l'olio dall'acqua. Rallenta l'acqua, la allarga sufficientemente e dà alla galleggiabilità abbastanza tempo per sollevare le gocce d'olio su una superficie dove uno schiumatoio può portarle via. Esistono piastre, deflettori, bolle d'aria e prodotti chimici per rendere più semplice questo singolo lavoro.
Galleggiabilità, superficie e tempo: le tre leve della separazione
L'olio galleggia perché è più leggero dell'acqua. La maggior parte degli oli minerali, dei fluidi idraulici e del diesel hanno un contenuto compreso tra 0,85 e 0,92 g/cm³, mentre l'acqua a 20 gradi Celsius è vicina a 1,00 g/cm³. Il divario è spesso solo tra l’8 e il 15%, motivo per cui la separazione è lenta e la geometria del serbatoio è così importante.
La velocità di salita di una singola gocciolina viene normalmente stimata con la legge di Stokes:
v = g (densità dell'acqua - densità dell'olio) d 2 /18 viscosità
dove d è il diametro della goccia e la viscosità è quella dell'acqua. Due cose saltano all'occhio. Poiché il diametro è quadrato, il raddoppio della dimensione della goccia fa sì che la goccia salga quattro volte più velocemente. Poiché la viscosità si trova al denominatore, riscaldare l'acqua ha lo stesso effetto di ingrandire le goccioline. Un separatore che ignora entrambi i fattori è un serbatoio di decantazione con un nome più impressionante.
Dall'ingresso all'uscita: cosa fa ciascuna fase dell'unità
Quasi tutti i separatori a gravità seguono la stessa sequenza, sia che si tratti di un'unità API in calcestruzzo interrata in una raffineria o di un'unità compatta in acciaio sul pavimento di un'officina.
- Distributore o deflettore di ingresso. Uccide la prevalenza della velocità dal tubo in entrata e distribuisce il flusso in modo uniforme su tutta la larghezza dell'unità. La distribuzione non uniforme è la causa più comune di cortocircuito.
- Sabbia e solidi cadono. Sabbia, incrostazioni e solidi pesanti si depositano in una tramoggia sul fondo, solitamente un pozzetto a forma di V con una valvola di scarico o una coclea.
- Pacchetto di piastre o mezzi coalescenti. Le piastre inclinate tagliano la distanza verticale che una goccia deve percorrere da decine di centimetri a pochi centimetri, e danno alle piccole goccioline una superficie su cui fondersi.
- Lo strato di olio si accumula. L'olio libero si raccoglie sotto forma di una pellicola che si addensa fino a raggiungere circa 25-50 mm prima di essere aspirato da un tubo skimmer, uno skimmer a nastro o uno stramazzo regolabile.
- Stramazzo o deflettore di uscita. L'acqua viene aspirata da sotto lo strato di olio e fuoriesce da uno stramazzo che regola il livello dell'acqua, e quindi la profondità dello strato di olio, all'interno dell'unità.
L'ordine conta. Se il deflettore di ingresso è intasato o il pacco piastre è cieco, ogni stadio a valle lavora con l'acqua sbagliata e lo stramazzo di uscita semplicemente trasmette il problema.
Quanto velocemente salgono effettivamente le goccioline di olio?
I numeri rendono ovvia la logica del design. Utilizzando la legge di Stokes con una differenza di densità di 80 kg/m³ in acqua a 20 gradi Celsius, una goccia di 150 micron, la base di progettazione classica di un separatore a gravità, si solleva a circa 1 mm al secondo. Per percorrere un metro occorrono circa 17 minutiuti.
Questo è il motivo per cui i separatori a gravità sono lunghi e poco profondi. Mantenere le goccioline entro 20 cm dalla superficie e il tempo di permanenza necessario scende da decine di minuti a pochi. È anche il motivo per cui esistono i pacchi di piastre: accorcia il percorso di salita e puoi restringere il serbatoio o catturare goccioline più piccole nella stessa impronta.
La temperatura è la variabile più economica da modificare
La viscosità dell'acqua diminuisce drasticamente man mano che si riscalda. È di circa 1,79 mPa s a 0 gradi, 1,00 a 20 gradi e circa 0,55 a 50 gradi. Poiché la viscosità si trova nel denominatore della legge di Stokes, riscaldare un flusso da 20 a 50 gradi quasi raddoppia la velocità di salita di ogni goccia al suo interno, senza cambiare una singola piastra.
Ecco perché i sistemi ad acqua oleosa nei climi freddi sono isolati o riscaldati e perché la stessa unità spesso funziona meglio in estate che in inverno. È anche un avvertimento. Se un impianto passa a un diverso detersivo o detergente, la frazione emulsionata può saltare bruscamente e il separatore sembrerà come se qualcosa di meccanico si fosse guastato mentre nulla lo ha fatto.
Le principali vie di separazione a confronto
La separazione per gravità è la spina dorsale del trattamento delle acque oleose, ma raramente è tutta la storia. I percorsi riportati di seguito sono quelli che più spesso si trovano prima di un punto di scarico o di una fase di riutilizzo.
| Itinerario | Come si separa | Goccioline si adattano | Impronta |
|---|---|---|---|
| Separatore di gravità API | Canale lungo e tranquillo con tempo di residenza | Olio libero, principalmente sopra i 150 µm | Grande |
| Separatore a piastre CPI/PPI | Le piastre inclinate accorciano il percorso di salita | Olio libero e disperso, da circa 60 a 150 µm | Medio |
| Flottazione ad aria disciolta | Le microbolle trasportano l'olio in superficie | Olio disperso e leggermente emulsionato | Medio |
| Idrociclone o centrifuga | L'elevata forza g amplifica la differenza di densità | Piccole goccioline, ma ad alta intensità energetica | Piccolo |
| Coagulazione chimica più flottazione o lucidatura della membrana | I prodotti chimici allargano le goccioline e una barriera cattura il resto | Olio fortemente emulsionato e un po' disciolto | Compatto |
Macchina orizzontale per il galleggiamento dell'aria La macchina per la flottazione dell'aria disciolta ad avvezione è un'apparecchiatura per la separazione solido-liquido comunemente utilizzata nel settore del trattamento delle acque reflue. Può rimuovere efficacemente la sospensione... Visualizza il prodotto → La flottazione ad aria disciolta merita uno sguardo più attento perché cambia il meccanismo piuttosto che la geometria. Invece di aspettare che il petrolio salga da solo, le microbolle si attaccano alle goccioline e le sollevano a una velocità che la gravità da sola non può produrre. Rimuove l'olio disperso e leggermente emulsionato attraversato direttamente da un'unità a gravità normale.
Dove è adatto il dosaggio chimico
Al di sotto dei 20 micron circa, le goccioline di olio si comportano più come materia disciolta che come olio galleggiante. Una goccia di 20 micron impiega diverse ore per salire di un metro, cosa che nessun serbatoio pratico può offrire. La risposta è farle crescere: un coagulante neutralizza la carica superficiale sulle goccioline e un flocculante costruisce le goccioline neutralizzate in fiocchi abbastanza grandi da poter essere rimossi dalla gravità o dalla flottazione.
La chimica funziona solo se il dosaggio è coerente. I tassi di dosaggio dell'acqua oleosa sono generalmente compresi tra decine e centinaia di mg/l e una pompa dosatrice che devia del 20% spreca il polimero o lascia passare l'olio verso l'uscita. Ecco perché i sistemi di dosaggio monoblocco con camera di miscelazione e pompe calibrate sono standard trattamento delle acque reflue industriali linee in cui l'influente cambia turno dopo turno.
Dispositivo di dosaggio integrato Macchina per la disidratazione dei fanghi con pressa a vite Visualizza il prodotto → Cosa decide se l'unità soddisfa i suoi numeri
Due separatori costruiti secondo disegni identici possono funzionare in modo molto diverso. In pratica, la performance viene decisa da un breve elenco di variabili:
- Tasso di carico superficiale, in metri cubi per metro quadrato all'ora. Spingilo verso l'alto e il tempo di ritenzione diminuisce in proporzione.
- Temperatura e viscosità del flusso in ingresso.
- Distribuzione dimensionale delle goccioline: libere, disperse o emulsionate.
- Turbolenza all'ingresso, che rompe nuovamente le goccioline che si sono già coalizzate.
- Profondità e stabilità dello strato d'olio. Uno strato eccessivamente scremato trasporta l'acqua, uno strato sottoscremato trasporta l'olio insieme all'acqua.
- Fanghi e sabbie accumulati, che riducono silenziosamente il volume di lavoro dell'unità.
Solo un elemento nell'elenco è una proprietà meccanica del separatore. Il resto sono proprietà del flusso e di come viene utilizzata l'unità.
Manutenzione e fanghi che nessuno prevede
Un separatore olio-acqua è un dispositivo passivo, quindi si guasta silenziosamente. I sintomi abituali sono prevedibili:
- Olio nello scarico: strato di olio troppo spesso, intervallo di schiumatura troppo lungo o stramazzo di scarico troppo basso.
- Scarsa separazione al flusso di progetto: cortocircuito causato da un deflettore di ingresso bloccato o da un pacco piastre sporco.
- Odore persistente e coltre di fango in aumento: i solidi si accumulano nella tramoggia più velocemente di quanto vengono aspirati.
- Perdita improvvisa di prestazioni senza alcuna modifica meccanica: un nuovo detergente o una modifica del processo hanno emulsionato l'olio.
Il petrolio recuperato dalla superficie e i fanghi aspirati dal fondo necessitano entrambi di una destinazione. I fanghi oleosi vengono normalmente disidratati prima dello smaltimento o del co-trattamento, ed è qui che molti piccoli impianti si sbloccano, perché i fanghi oleosi si comportano in modo molto diverso dai fanghi urbani e oscurano le apparecchiature di disidratazione convenzionali.
Macchina per la disidratazione dei fanghi con pressa a vite La macchina di disidratazione del miscelatore per liquami a spirale può non solo trattare fanghi ad alta concentrazione, ma anche concentrare e disidratare liquami a bassa concentrazione. Il applicabile... Visualizza il prodotto → Scegliere un separatore per il tuo flusso
Inizia con lo spettro delle goccioline, non con la portata. Se il flusso è costituito principalmente da olio libero proveniente dal pavimento di un'officina, da un'area di lavaggio per veicoli o da un serbatoio di carburante, un separatore a gravità a pacco di piastre dimensionato su una base da 60 a 100 micron normalmente farà il lavoro. Se trasporta olio emulsionato, refrigerante di lavorazione o acqua prodotta da operazioni di petrolio e gas , la gravità da sola non raggiunge il limite di scarico ed è necessaria una fase di flottazione o chimica.
Quindi controlla gli elementi pratici: ingombro disponibile, se il calore è disponibile, come verranno gestiti l'olio e i fanghi recuperati e chi pulirà l'unità. Queste quattro domande prevedono i costi operativi in modo molto più affidabile di qualsiasi cifra opuscolo relativa all’efficienza di rimozione.
Domande frequenti
Q1. Come funziona un separatore acqua olio in termini semplici?
Rallenta il flusso e lo distribuisce su una superficie ampia e silenziosa in modo che la galleggiabilità possa sollevare le goccioline di olio verso l'alto, dove uno schiumatoio le rimuove prima che l'acqua lasci l'uscita.
Q2. Quale dimensione delle gocce d'olio può rimuovere un separatore acqua-olio a gravità?
Le unità a gravità hanno solitamente dimensioni di goccioline di circa 150 micron, mentre i separatori a piastre a coalescenza mirano a circa 60 micron. Le goccioline inferiori a circa 20 micron salgono troppo lentamente per la sola gravità.
Q3. Qual è la differenza tra un separatore API e un separatore a piastre coalescenti?
Entrambi fanno affidamento sulla gravità. Un separatore API utilizza un canale lungo e silenzioso, mentre un'unità a piastre coalescenti aggiunge piastre inclinate che accorciano il percorso di salita, quindi necessita di molto meno spazio per lo stesso compito.
Q4. Un separatore olio-acqua rimuove l'olio emulsionato?
Non in modo affidabile. Le goccioline emulsionate inferiori a circa 20 micron necessitano di coagulazione chimica, flottazione con aria disciolta o lucidatura della membrana a valle dello stadio di gravità.
Q5. Con quale frequenza è necessaria la manutenzione di un separatore acqua olio?
La scrematura è continua o giornaliera, i deflettori e i pacchi piastre vengono ispezionati mensilmente e i fanghi vengono aspirati dalla tramoggia prima che si accumuli, spesso settimanalmente nei flussi industriali.
Q6. Che tempo di ritenzione dovrebbe avere un separatore acqua olio?
Le unità a gravità forniscono comunemente da 10 a 30 minuti di ritenzione al flusso di progetto, con il tasso di carico superficiale mantenuto sufficientemente basso da consentire alla dimensione target delle goccioline di raggiungere la superficie.
