установка для флотационной очистки воды

Формула изобретения

Установка для флотационной очистки воды, содержащая прямоугольный в плане корпус с парными параллельными перегородками и размещенными между ними друг над другом перфорированными трубопроводами для подвода водовоздушной смеси, узел вывода очищенной воды с приемным карманом, механизм для удаления пены с пеносборником, устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха, состоящее из насоса, эжектора и пневмогидравлического диспергатора, отличающаяся тем, что перфорированные трубопроводы сообщены с пневмогидравлическим диспергатором трубопроводом с обратным клапаном и имеют, по меньшей мере, два ряда отверстий, которые у нижнего перфорированного трубопровода обращены вверх, а у верхнего - вниз для обеспечения встречного пересекающегося движения струй водовоздушной смеси.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к устройствам для обработки воды промышленных и бытовых стоков и предназначено для удаления тонко диспергированных, гидрофильных примесей, электрокинетический потенциал которых превышает 40 мВ, белков, жиров, нефтепродуктов, ПАВ, СПАВ и других аналогичных веществ.

Известна установка для флотационной очистки воды по патенту №2114063, кл. С 02 F 1/ 24, В 03 D 1/14, опубл. в БИ №18, 1998 г., содержащая прямоугольный в плане корпус с парными параллельными перегородками, между которыми размещены трубопроводы для подвода исходной воды и трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, связанные с устройством рециркуляции очищенной воды, механизм удаления пены с пеносборником и узел вывода очищенной воды с приемным карманом, связанный трубопроводом с устройством рециркуляции очищенной воды. Перфорированные трубопроводы для подвода водовоздушной смеси размещены коаксиально внутри перфорированных трубопроводов для подвода исходной воды. Трубопроводы для подвода исходной воды снабжены входными патрубками, установленными на цилиндрической поверхности трубопроводов.

Известная установка для флотационной очистки воды имеет ряд недостатков, в том числе невысокий эффект очистки от тонко диспергированных, гидрофильных примесей, содержащих заряд. Невысокий эффект обусловлен недостаточной интенсивностью турбулентного движения воды в объеме между парными параллельными перегородками и внутри перфорированных трубопроводов для подвода исходной воды. Флотация указанных примесей протекает успешно при совместной подаче флокулянта и коагулянта. Подача коагулянта приводит к падению электростатического потенциала примесей вследствие адсорбции противоионов (нейтрализационная коагуляция) либо к сжатию диффузного ионного слоя (концентрационная коагуляция) и, следовательно, к понижению энергетического барьера, препятствующего сближению частиц. Подавление энергетического барьера, обусловленного электростатическим отталкиванием одноименно заряженных частиц, создает благоприятные условия для их агрегирования флокулянтом. Нейтральные частицы значительно легче присоединяются к функциональным группам флокулянта. Флотация крупных флокул протекает значительно интенсивнее по сравнению с флотацией тонко диспергированных частиц. Эффективность действия коагулянта в значительной мере зависит от скорости смешения коагулянта с исходной водой. Интенсивное смешение коагулянта с исходной водой позволяет использовать его реакционно-активные формы и обеспечить их вступление в реакцию с примесями до образования высших полимерных форм и кристаллитов. Низкая интенсивность турбулентного движения в указанном объеме известной установки не позволяет использовать реакционно-активные формы коагулянта, что приводит к снижению эффекта очистки или требует повышенного расхода коагулянта. Другим недостатком является повышенный расход энергии за счет возврата части очищенной воды в установку. Установка также имеет эксплуатационные ограничения. Если уровень воды в резервуаре-накопителе исходной воды ниже уровня воды в корпусе установки, то в автоматическом режиме работы при ее отключении происходит опорожнение корпуса установки. Вода вытекает из корпуса установки по перфорированным трубопроводам для подвода водовоздушной смеси, диспергатору, насосу и баку залива насоса. Каждый новый запуск установки начинается с предварительного заполнения ее корпуса исходной водой.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является установка для флотационной очистки воды по а. с. №785205, кл. С 02 F 1/24, опубл. в БИ №45, 1980 г., содержащая прямоугольный корпус, разделенный на сообщающиеся камеры парными параллельными перегородками, между которыми размещены трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, устройство для рециркуляции очищенной воды, состоящее из насоса, эжектора и напорного бака, узлы ввода и вывода воды и механизм для удаления всплывших загрязнений. Установка снабжена расположенными между перегородками дополнительными трубопроводами для подвода исходной воды.

Основные недостатки известной установки для флотационной очистки воды - большие габариты и повышенный расход энергии. Увеличение габаритов корпуса обусловлено, во-первых, возвратом в установку части очищенной воды: объем возвращаемой (циркуляционной) воды доходит до 50% от объема исходной. Во-вторых, исходная и циркуляционная вода, содержащая растворенный воздух, поступают в объем между парными параллельными перегородками из труб, отстоящих друг от друга на некотором расстоянии. Выделение растворенного воздуха в виде пузырьков происходит в струе циркуляционной воды при ее истечении из трубопроводов для подвода водовоздушной смеси. В первую очередь пузырьками воздуха насыщается очищенная циркуляционная вода. Затем происходит ее смешение с частично очищенной водой, находящейся в объеме между парными параллельными перегородками, и с поступающей по дополнительным трубопроводам исходной водой. В итоге для качественного смешения исходной воды с циркуляционной водой, содержащей пузырьки воздуха, требуется длительное время. При фиксированном расходе воды увеличение времени ее пребывания в установке связано с увеличением габаритов корпуса. Длительное время смешения не позволяет использовать реакционно-активные формы коагулянта, что также снижает эффект очистки воды или приводит к увеличенному расходу указанного реагента. Повышенные затраты энергии обусловлены возвратом в установку части уже очищенной воды.

Поставлена задача - повысить эффективность очистки воды за счет интенсификации процесса перемешивания водовоздушной смеси с коагулянтом и создания условий использования его реакционно-активных форм, уменьшить габаритные размеры корпуса установки и потребление энергии на единицу объема очищенной воды при сохранении ее эксплуатационных возможностей за счет исключения циркуляции воды.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в установке для флотационной очистки воды, содержащей прямоугольный в плане корпус с парными параллельными перегородками и размещенными между ними, друг над другом, перфорированными трубопроводами для подвода водовоздушной смеси, узел вывода очищенной воды с приемным карманом, механизм для удаления пены с пеносборником, устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха, состоящее из насоса, эжектора и пневмогидравлического диспергатора, согласно техническому решению перфорированные трубопроводы сообщены с пневмогидравлическим диспергатором трубопроводом с обратным клапаном и имеют, по меньшей мере, два ряда отверстий, которые у нижнего перфорированного трубопровода обращены вверх, а у верхнего - вниз для обеспечения встречного, пересекающегося, движения струй водовоздушной смеси.

В предлагаемой конструкции установки для флотационной очистки воды реагенты: коагулянт и флокулянт подаются в перфорированные трубопроводы для подвода водовоздушной смеси. Высокая скорость перемещения водовоздушной смеси в перфорированных трубопроводах и ее турбулентное движение приводят к равномерному распределению реагентов по объему поступающей водовоздушной смеси. Перфорированные трубопроводы для подачи водовоздушной смеси, на которых имеется, по меньшей мере, по два ряда отверстий, размещены друг над другом между парными параллельными перегородками. Расположение перфорированных трубопроводов, при котором у нижнего перфорированного трубопровода отверстия обращены вверх, а у верхнего - вниз для обеспечения встречного, пересекающегося, движения струй водовоздушной смеси, позволяет получить интенсивное перемешивание ее в ограниченной части объема, заключенного между парными параллельными перегородками, и за счет этого наиболее полно использовать реакционно-активные формы коагулянта. Понижение энергетического барьера достигается при меньших расходах коагулянта и приводит к интенсивной коагуляции и последующей, не осложненной электростатическим отталкиванием, флокуляции частиц примесей. Крупные флокулы легче захватываются пузырьками воздуха и выносятся в слой пены, что в итоге приводит к повышению эффекта очистки воды.

В установке для флотационной очистки воды перфорированные трубопроводы для подачи водовоздушной смеси сообщены с пневмогидравлическим диспергатором устройства для насыщения исходной воды пузырьками воздуха. Поэтому пузырьками воздуха насыщается вся поступающая в установку исходная вода. Циркуляции очищенной воды - носителя растворенного воздуха в установке не предусмотрено. Указанное отличие позволяет избежать затрат энергии на перекачку циркуляционной воды и уменьшить габаритные размеры корпуса установки.

Установка обратного клапана на трубопроводе, сообщающем перфорированные трубопроводы с пневмогидравлическим диспергатором, позволяет сохранить эксплуатационные возможности установки и монтировать резервуар-накопитель исходной воды ниже уровня воды, находящейся в корпусе установки: в автоматическом режиме работы установки при ее отключении опорожнения корпуса не происходит, так как установленный на трубопроводе, сообщающем перфорированные трубопроводы с пневмогидравлическим диспергатором, обратный клапан перекрывает обратное движение воды.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, на котором дан общий вид установки (схема).

Установка для флотационной очистки воды содержит прямоугольный в плане корпус 1 (см. чертеж), внутри которого размещены парные параллельные перегородки 2 (далее - перегородки 2). Каждая пара перегородок 2 ограничивает определенный объем корпуса 1 установки, в котором, например, горизонтально, друг над другом, расположены два перфорированных трубопровода 3 для подвода водовоздушной смеси. В каждом перфорированном трубопроводе 3 имеется, например, два ряда отверстий. Для обеспечения встречного, пересекающегося, движения струй водовоздушной смеси отверстия нижнего перфорированного трубопровода 3 обращены вверх, а верхнего - вниз. Устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха состоит из насоса 4, эжектора 5 и пневмогидравлического диспергатора 6. Перфорированные трубопроводы 3 сообщены с пневмогидравлическим диспергатором 6 трубопроводом 7, на котором установлен обратный клапан 8. Также перфорированные трубопроводы 3 сообщены с расходными баками 9 и 10, содержащими реагенты: коагулянт и флокулянт соответственно. С внешней стороны корпуса 1 установки находятся пеносборник 11 с патрубком 12 для удаления пены и приемный карман 13, сообщающийся с дренажной системой 14 корпуса 1 установки. Приемный карман 13 снабжен шибером 15, служащим для поддержания постоянного уровня воды в корпусе 1, и патрубком 16, предназначенным для удаления обработанной воды. Плоское днище корпуса 1 выполнено с наклоном в сторону приемного кармана 13. У днища корпуса 1 предусмотрен патрубок 17 для удаления несфлотированных примесей. Вверху, над корпусом 1, установлен механизм 18 удаления пены.

Установка работает следующим образом. Исходная вода с воздухом насосом 4 подается в пневмогидравлический диспергатор 6. Для ввода воздуха в воду используется эжектор 5. В пневмогидравлическом диспергаторе 6 происходит дробление воздушных пузырей на мелкие пузырьки и образование однородной водовоздушной смеси. Затем по перфорированным трубопроводам 3 для подвода водовоздушной смеси ее направляют в корпус 1 установки. Одновременно в перфорированные трубопроводы 3 из расходных баков 9 и 10 подаются реагенты: коагулянт и флокулянт. Водовоздушная смесь с большой скоростью вытекает из отверстий перфорированных трубопроводов 3 в объемы, ограниченные перегородками 2. Встречное, пересекающееся, движение струй водовоздушной смеси в ограниченной части объемов между перегородками 2 создает интенсивное перемешивание, способствующее взаимодействию реакционно-активных форм коагулянта с частицами примесей. Благодаря этому взаимодействию происходит сжатие диффузного слоя и/или падение потенциала частиц примесей до потенциала, близкого к нулю. При этом снижается энергетический барьер, обусловленный электростатическим отталкиванием одноименно заряженных частиц примесей. Нейтральные частицы взаимодействуют между собой за счет молекулярного притяжения и с функциональными группами флокулянта, образуя флокулы. Далее поток за счет разности плотностей водовоздушной смеси между перегородками 2 и воды, находящейся в остальном объеме корпуса 1 установки и практически не содержащей воздушных пузырьков, поднимается вверх и изливается под уровень воды над верхними кромками перегородок 2. Во время движения потока в объеме между перегородками 2 происходит образование флотационных комплексов, состоящих из флокул и пузырьков воздуха.

При выходе из объема, ограниченного перегородками 2, поток делится на две части и изменяет направление движения на противоположное. Плавное движение воды в непосредственной близости от уровня ее в корпусе установки создает благоприятные условия для выделения несущих нагрузку пузырьков в слой пены. Механизмом 18 удаления пены она перемещается в пеносборник 11 и самотеком удаляется через патрубок 12. Освобожденный от основной массы пузырьков поток движется вниз между парами перегородок 2. При достижении потоком нижних кромок перегородок 2 каждой пары часть его снова увлекается в пространство между указанными перегородками 2. Поступившая снизу в пространство между перегородками 2 эта часть потока проходит повторный цикл насыщения пузырьками воздуха. Другая часть потока достигает дренажной системы 14 и поступает в приемный карман 13, где переливается через шибер 15. Подъемом и опусканием шибера 15 уровень воды в корпусе 1 выводится на требуемую высоту. После перелива через шибер 15 очищенная вода удаляется по трубопроводу, присоединяемому к патрубку 16. Другая часть воды с несфлотированными примесями удаляется через патрубок 17 дренажной системы 14.

Размещение резервуара-накопителя исходной воды ниже уровня воды, находящейся в корпусе 1 установки, не приводит к его опорожнению при кратковременных отключениях в автоматическом режиме работы. Золотник обратного клапана 8 перекрывает движение воды из корпуса 1 установки по подающему трубопроводу 7 в обратном направлении. Последующее включение установки не требует предварительного заполнения корпуса 1 установки до рабочего уровня воды, задаваемого шибером 15.