установка для флотационной очистки воды

Формула изобретения

Установка для флотационной очистки воды, содержащая прямоугольный в плане корпус с размещенной внутри распределительной системой перфорированных трубопроводов для ввода 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 и водовоздушного эжектора, отличающаяся тем, что она снабжена приемной емкостью для стабилизации расхода поступающей в водовоздушные эжекторы воды, сообщенной с входным патрубком насоса и через обратный клапан - с корпусом установки, а устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха - дополнительными по числу перфорированных трубопроводов водовоздушными эжекторами, каждый из которых установлен соосно с соответствующим перфорированным трубопроводом распределительной системы.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к устройствам для обработки воды промышленных и бытовых высококонцентрированных стоков и предназначено для удаления белков, жиров, нефтепродуктов, ПАВ, СПАВ и других аналогичных примесей.

Известен аппарат для эффективной концентрации минералов методом пенной флотации по патенту США №3371779, кл. 209-166 (1968 г.). Аппарат содержит прямоугольный корпус, разделенный на сообщающиеся флотационное и расположенное под ним гидравлическое отделения, средства подачи пульпы во флотационное и введения воздуха в гидравлическое отделения, устройство перелива и сбора пены, устройство вывода отработанной пульпы. Флотационное и гидравлическое отделения разделены перфорированной пластиной, служащей для равномерного распределения воздуха по сечению флотационного отделения. В качестве средства введения воздуха служит эжектор, диффузор которого через обратный клапан сообщен с гидравлическим отделением аппарата.

Основной недостаток известного аппарата - неравномерное распределение поверхности раздела фаз "вода-воздух" по горизонтальному сечению флотационного отделения. Основная масса пузырьков воздуха сосредоточена вдоль оси струи водовоздушной смеси, выбрасываемой из эжектора. Всплытие и концентрация пузырьков под перфорированной пластиной в ограниченной зоне приводит к их коалесценции и образованию под ней воздушной подушки. Примененное средство распределения поверхности раздела фаз "вода-воздух" в виде перфорированной пластины приводит к снижению эффекта извлечения полезного компонента из пульпы вследствие резкого сокращения поверхности раздела фаз и ее неравномерного распределения по объему флотационного аппарата. Другой недостаток заключается в том, что в известном аппарате не предусмотрено средство стабилизации расхода воды, проходящей через эжектор. Падение расхода воды может привести к отклонению параметров работы эжектора от оптимальных, уменьшению эжекции воздуха и, как следствие, к снижению эффекта извлечения из пульпы полезного компонента.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является 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. Последние снабжены входными патрубками, установленными на их цилиндрической поверхности. Устройство рециркуляции очищенной воды содержит дополнительный контур трубопроводов для возврата чистой воды из напорного трубопровода насоса в его входной патрубок.

Известная установка имеет невысокий эффект очистки при высокой концентрации удаляемых примесей, отличается недостаточной стабильностью работы насоса и повышенным расходом электроэнергии. Невысокий эффект очистки обусловлен недостаточным количеством воздуха, вводимого через устройство рециркуляции очищенной воды. Объем воздуха, подаваемого эжектором в насос, не превышает 5-8% от объема поступающей в него воды. Ввод большего количества воздуха приводит к срыву работы насоса. Использование в известной установке диспергатора для получения мелких пузырьков не позволяет получить при столь малом объеме воздуха необходимую площадь поверхности раздела фаз "вода-воздух". Малая площадь поверхности раздела фаз при высокой концентрации примесей приводит к их неполному извлечению и, как следствие, к снижению эффекта очистки воды. Попадание воздуха, даже в допустимых количествах, во входной патрубок насоса приводит к коалесценции пузырьков воздуха, изменению расхода воды через насос и, как следствие, к его нестабильной работе. Часть мощности насоса постоянно расходуется в дополнительном контуре трубопроводов для возврата чистой воды из напорного трубопровода насоса в его входной патрубок.

Решение задачи повышения расхода воздуха и создания необходимой площади поверхности раздела фаз "вода-воздух" путем подачи его в диспергатор от внешнего источника сжатого воздуха требует дополнительных затрат, связанных с установкой компрессора и его эксплуатацией. К тому же установка компрессора не всегда возможна. В связи с изложенным известная установка не может применяться при высокой концентрации удаляемых примесей.

Поставлена задача - повысить эффект очистки сточных вод при высокой концентрации удаляемых примесей за счет увеличения количества воздуха, вводимого в установку, создания развитой поверхности раздела фаз "вода-воздух" и равномерного распределения воздуха по объему, а также улучшить стабильность работы насоса, исключив попадание воздуха в его входной патрубок, и снизить расход электроэнергии.

Решение поставленной задачи достигается тем, что установка для флотационной очистки воды, содержащая прямоугольный в плане корпус с размещенной внутри распределительной системой перфорированных трубопроводов для ввода 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 и водовоздушного эжектора, согласно техническому решению снабжена приемной емкостью для стабилизации расхода поступающей в водовоздушные эжекторы воды, сообщенной с входным патрубком насоса и через обратный клапан - с корпусом установки, а устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха - дополнительными, по числу перфорированных трубопроводов, водовоздушными эжекторами, каждый из которых установлен соосно с соответствующим перфорированным трубопроводом распределительной системы.

В предлагаемой конструкции водовоздушная смесь вводится в каждый перфорированный трубопровод распределительной системы водовоздушным эжектором, минуя насос. Данное техническое решение позволяет вводить в обрабатываемую воду необходимое количество воздуха и исключить его попадание во входной патрубок насоса. Объем воздуха, вводимого в установку, может превышать объем поступающей на обработку воды. В камере смешения водовоздушного эжектора происходит интенсивное перемешивание воды и воздуха. Часть кинетической энергии струи водовоздушной смеси, вытекающей из сопла водовоздушного эжектора, в процессе смешения рассеивается, формируя интенсивное турбулентное движение в камере смешения и диффузоре водовоздушного эжектора. Турбулентные пульсации приводят к дроблению воздуха и получению пузырьков воздуха малого размера. Малый размер пузырьков при большом объеме вводимого воздуха создает высокоразвитую поверхность раздела фаз "вода-воздух". Равномерность распределения воздуха по объему обрабатываемой воды достигается тем, что каждый перфорированный трубопровод распределительной системы снабжен водовоздушным эжектором, установленным соосно с ним. Соосность позволяет использовать другую часть кинетической энергии струи для создания скоростного движения водовоздушной смеси вдоль оси перфорированного трубопровода. Высокая скорость движения водовоздушной смеси в перфорированных трубопроводах препятствует расслоению водовоздушной смеси. В результате из всех отверстий перфорированных трубопроводов выделяется примерно одинаковое количество пузырьков воздуха. Создание высокоразвитой поверхности раздела фаз "вода-воздух" и ее равномерное распределение по объему обрабатываемой воды позволяет повысить эффект очистки в случае высокой концентрации удаляемых примесей в исходной воде.

Для стабилизации расхода воды в водовоздушных эжекторах и создания оптимальных условий забора воздуха и его дробления на мелкие пузырьки в конструкции установки предусмотрена приемная емкость, сообщенная с входным патрубком насоса и через обратный клапан - с корпусом установки. Отсутствие возврата чистой воды из напорного трубопровода насоса в его входной патрубок позволяет снизить расход электроэнергии.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, на которых показаны:

на фиг.1 общий вид (схема) флотатора, продольный разрез;

на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Установка для флотационной очистки воды (далее - установка) содержит прямоугольный в плане корпус 1 (фиг.1), внутри которого размещена распределительная система перфорированных трубопроводов 2 для ввода водовоздушной смеси в корпус 1. Устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха состоит из насоса 3 и водовоздушных эжекторов 4 (далее эжекторы 4). Перфорированные трубопроводы 2 (далее трубопроводы 2) распределительной системы сообщены непосредственно с диффузорами эжекторов 4. К каждому эжектору 4 подается воздух по отдельному трубопроводу 5. С внешней стороны корпуса 1 установки находятся механизм 6 для удаления пены с пеносборником 7 и патрубком 8 для удаления пены (фиг.2), приемная емкость 9 для стабилизации расхода поступающей воды в эжекторы 4 (далее - приемная емкость 9) и узел вывода очищенной воды, состоящий из приемного кармана 10, дренажной системы 11, шибера 12, служащего для поддержания постоянного уровня воды в корпусе 1, и патрубка 13, предназначенного для удаления обработанной воды (фиг.1). Плоское днище корпуса 1 выполнено с наклоном в сторону приемного кармана 10. У днища корпуса 1 предусмотрен патрубок 14 для удаления несфлотированных примесей. Приемная емкость 9 сообщена трубопроводом (поз. не обозначен) с насосом 3, а через обратный клапан 15 - с корпусом 1 (фиг.2). В верхней части приемной емкости 9 предусмотрен патрубок 16 для подачи исходной воды.

Установка работает следующим образом. Исходная вода по патрубку 16 заливается в приемную емкость 9, из которой она забирается насосом 3 и подается в эжекторы 4. Воздух поступает в эжекторы 4 из атмосферы по трубопроводам 5. В камерах смешения эжекторов 4 происходит перемешивание потоков воды и воздуха и дробление воздушных пузырей на мелкие пузырьки с образованием однородной водовоздушной смеси. За счет соосности установки эжекторов 4 и трубопроводов 2 достигается высокая скорость движения струй водовоздушной смеси в каждом трубопроводе 2, препятствующая расслоению смеси и выделению пузырьков в первых, по ходу движения, отверстиях трубопроводов 2. В результате достигается равномерное распределение воздуха по длине трубопроводов 2. Затем водовоздушная смесь через отверстия трубопроводов 2 поступает в корпус 1 установки. Водовоздушная смесь вытекает из отверстий трубопроводов 2 с большой скоростью, что позволяет насытить пузырьками воздуха воду в корпусе 1 установки на значительном расстоянии от трубопроводов 2. Во время движения потока водовоздушной смеси по трубопроводам 2 и после истечения из них в корпусе 1 установки происходит образование флотационных комплексов, состоящих из пузырьков воздуха и закрепившихся на них частиц примесей. Затем флотационные комплексы всплывают, формируя на поверхности воды в корпусе 1 установки слой пены. Механизмом 6 удаления пены она перемещается в пеносборник 7 и самотеком удаляется через патрубок 8. Освобожденный от основной массы пузырьков поток движется вниз к входу в дренажную систему 11 и далее поступает в приемный карман 10, где переливается через шибер 12. Подъемом и опусканием шибера 12 уровень воды в корпусе 1 выводится на требуемую высоту, при которой достигается легкое попадание пены в пеносборник 7, а перелив воды из корпуса 1 установки в пеносборник 7 отсутствует. После перелива через шибер 12 очищенная вода удаляется по трубопроводу (поз. не обозначен), присоединенному к патрубку 13. Другая часть воды с несфлотированными примесями удаляется из дренажной системы 11 через патрубок 14. Для стабилизации расхода поступающей воды в эжекторы 4 и получения необходимого расчетного давления водовоздушной смеси на выходе из диффузора эжекторов 4 в установке предусмотрен обратный клапан 15, который открывается при сокращении поступления исходной воды и падении ее уровня в приемной емкости 9. Под действием сил, обусловленных разностью статических давлений воды на уровне обратного клапана 15 в корпусе 1 установки и приемной емкости 9, в последнюю поступает дополнительный объем воды. В результате в приемной емкости 9 уровень воды поднимается, а ее расход в эжекторах 4 стабилизируется. При постоянном оптимальном расходе воды в эжекторах 4 достигается необходимая для извлечения большого количества примесей величина поверхности раздела фаз "вода-воздух", гарантирующая высокий эффект очистки при высокой концентрации примесей в исходной воде.