способ удаления пенного продукта из флотатора или электрофлотатора

Формула изобретения

1. Способ удаления пенного продукта из флотатора или электрофлотатора, включающий подачу воздуха и разгрузку пенного продукта, отличающийся тем, что дополнительно периодически подают объем пузырьков газа, обеспечивающий не менее чем семикратное увеличение газонасыщенности обрабатываемой жидкости до формирования слоя ожиженной пены с длительностью и периодичностью не реже 1/7 времени обработки жидкости во флотаторе, с последующим сливом жидкой пены из флотатора самотеком.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем пузырьков газа формируют растворением его в жидкости под давлением.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем пузырьков газа формируют путем периодического увеличения интенсивности электролиза.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно в электрофлотаторе создают вакуум.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем пузырьков газа вводят эжектором.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для интенсификации выделения газа жидкость, насыщенную газом, пропускают через кавитатор, состоящий из трубки, внутри которой помещено твердое тело, способное к кавитации.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что жидкость, насыщенную газом, пропускают под давлением через ультразвуковой свисток.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к экологии и перерабатывающей промышленности и может применяться в процессах очистки сточных вод, обогащению руд, переработке отходов.

Известен способ флотации угольных шламов /А.С. СССР №202803, B03D 1/14, 1966/, в котором в качестве реагента-собирателя используют топливо марки ТС-1.

Недостатком способа является невысокая степень разрушения пенного продукта.

Ближайшим аналогом является способ удаления пенного продукта из флотационной машины /А.С. СССР №1180076, 1985/. Способ включает подачу струи воздуха и разгрузку пенного продукта, причем подачу струи воздуха осуществляют под пенный продукт под углом к направлению движения жидкости.

Недостатком способа является то, что при достаточной концентрированности пены взвешенными веществами пена становится псевдотвердой и полностью из флотатора не удаляется. Воздух срывает только край пенного слоя. Не исключается попадание пены в осветленную во флотаторе жидкость.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего упростить удаление пенного шлама при флотации и электрофлотации, уменьшить количество осадка, попадающего в очищенную жидкость.

Поставленная задача достигается тем, что в способе удаления пенного продукта из флотатора или электрофлотатора, включающем подачу воздуха и разгрузку пенного продукта, дополнительно периодически подают пузырьки газа в объеме, обеспечивающем не менее семикратного увеличения газонасыщенности обрабатываемой жидкости, до формирования слоя ожиженной пены с длительностью и периодичностью не реже 1/7 времени обработки жидкости во флотаторе с последующим сливом жидкой пены из флотатора самотеком.

Объем пузырьков газа формируют растворением его в жидкости под давлением с последующим сбросом давления в аппарате до формирования достаточного объема газа.

Объем пузырьков газа формируют путем периодического увеличения интенсивности электролиза, до формирования газовых пузырьков нужного диаметра.

Дополнительно в электрофлотаторе создают вакуум до выхода газа из растворенного состояния.

Объем пузырьков газа вводят эжектором, газ разбивается в турбулентной струе до заданного размера.

Для интенсификации выделения газа жидкость, насыщенную газом, пропускают через кавитатор, состоящий из трубки, внутри которой помещено твердое тело, способное к кавитации, при этом газ, находящийся в жидкости в растворенном виде, выделяется под действием кавитации.

Жидкость, насыщенную газом, пропускают под давлением через ультразвуковой свисток, при этом в объеме аппарата возникает кавитация и выделяется газ.

Пенный шлам, формирующийся при электрофлотации, адсорбирует на поверхности пузырьков пены поверностно-активные вещества и взвеси. За счет множественных контактов пена становится устойчивой и обладает свойствами твердого тела, сохраняя объем и форму. Удаление такой пены - техническая проблема, так как она не течет. Для ее удаления из флотатора обычно используют скребки, шнеки и другие механические приспособления. Эти устройства должны работать в агрессивной среде, они дороги и ненадежны.

Для решения технической проблемы мы использовали обнаруженное нами явление перехода псевдотвердой пены в ожиженное состояние при дополнительном введении пузырьков газа в количестве, достаточном для нарушения устойчивости кластеров твердых примесей с газовыми пузырьками. Количество газа в таком объеме должно быть достаточно для полного удаления пузырьков первичной загрязненной пены (не менее пятикратного). Формировать такие пузырьки можно, предварительно растворив газ в жидкости под давлением, выпустив затем пересыщенный газом раствор в объем флотатора. При этом, если объем такого достаточен, ожиженная пена удаляется из флотатора самотеком. При периодическом введении дополнительного количества газовых пузырьков взвешенные вещества не накапливаются в слишком большом количестве на поверхности зеркала жидкости и унос их течением осветляемой жидкости исключен.

Способ осуществляется следующим образом.

Процесс проходит следующие стадии - образование пузырьков газа, образование псевдотвердой фазы, сжижение псевдотвердой фазы, унос шламосодержащей пены взвешенных веществ самотечным истечением из флотатора.

На первом этапе происходит взаимодействие взвешенных и коллоидных частиц с газовыми пузырьками размером 8-50 мкм, в результате чего образуется псевдотвердо-фазная пена, которая не способна самотечно выводиться из аппарата. Удаление такой пены из флотатора или электрофлотатора осуществляется посредством перевода в псевдожидкое состояние за счет ввода газовых пузырьков с диаметром, троекратно и более превышающем исходные, т.е. 24-150 мкм. Пузырьки большего диаметра разрушают твердую пену при схлопывании. При этом взвешенные частицы и коллоидные образования возвращаются в объем сточной воды и выводятся из флотатора или электрофлотатора в трубопровод осветленной жидкости. Условием возникновения явления ожижения является соблюдение объемного соотношения не более 1/7 твердой пены к вводимым газовым пузырькам соответственно. Такое соотношение объясняет представление об образовании сетчатой структуры (теория графов). Согласно этой концепции текучестью обладает структура, в которой доля пустот (в которых находится вещество, формирующее связь между пузырьками), составляет не более 14,3% от общего пространства. В нашем случае роль этого вещества исполняет псевдотвердая фаза, а структурных единиц - газовые пузырьки диаметром 24-150 мкм.

При меньшем соотношении вновь формирующихся газовых пузырьков псевдофазового перехода не происходит. Образовавшаяся в короткий промежуток времени твердая пена поднимается в верхнюю часть аппарата, занимает весь свободный объем над зеркалом жидкости и блокирует патрубок слива пены. Это приводит к отсутствию осветления очищаемой жидкости от взвешенных и коллоидных веществ.

Промышленная применимость предлагаемого способа иллюстрируется чертежом, на котором изображена технологическая схема процесса удаления пенного продукта очистки сточных вод комплекса "Альфа" ТУ 3697-001-57677805-2003, сертификат соответствия №РОСС RU.АЯ56.В16072, адаптированная к процессу предлагаемого способа осветления сточных вод, где 1 - электрофлотатор, 2 - емкость-рессивер, 3 - компрессор, 4 - вакуум-насос, 5 - насос, 6 - электроклапан, 7 - эжектор, 8 - электроды.

В электрофлотаторе 1 на электродах 8 происходит образование газообразных продуктов электролиза водорода и кислорода, а также за счет роста и отрыва пузырьков газов формируются композиты состава взвешенные частицы - газ или твердая пена. Размер пузырьков, образованных в результате электролиза, одинаков, поскольку лимитируется силой Архимеда. Твердую пену ожижают посредством подачи воздуха с регламентированным диаметром пузырьков не более 24-150 мкм. Задать определенный размер пузырьков можно несколькими способами.

Во-первых, диспергирование воздуха можно обеспечить за счет его подачи через эжектор 7.

Во-вторых, с помощью вакуум-насоса 4 во флотаторе или электрофлотаторе периодически создавать вакуум. При этом возникает явление кавитации, в результате чего увеличивается интенсивность всплывания и удаления пены.

В-третьих, сточную воду насыщают воздухом в ресивере 2 под давлением 10-15 атм. Воздух в ресивер подают из атмосферы компрессором 3. Затем раствор очищаемой воды и воздуха периодически возвращают в аппарат 1 посредством насоса 5. Периодичность подачи раствора осуществляют при помощи электроклапана 6.

Пример 1

В лабораторный электрофлотатор объемом 3 л, снабженный нерастворимыми графитовыми электродами по 1 дм², заливают 2 л сточной воды промышленной автомойки с содержанием взвесей 340 мг на л, СПАВ - 12 мг на л. Подают напряжение на электроды с плотностью тока 500 мА на дм². За 20 минут формируется плотная темная пена, пена содержит взвесь, не течет, ее объем 127 мл. В объем электрофлотатора дополнительно вводят в течение 10 секунд 300 мл воды, в которой предварительно был растворен воздух при давлении в 50 атмосфер. Из объема жидкости выделился газ в объеме 2320 мл. Газ сформировал пену в объеме 4270 мл. Сформировалась жидкая пена, самотеком излившаяся из электрофлотатора через пеноотвод. Поверхность зеркала жидкости после опадания жидкой пены не имеет загрязнений. Жидкость осветлилась, содержание взвесей не более 32 мг на л.

Пример 2

В лабораторный электрофлотатор объемом 3 л, снабженный нерастворимыми графитовыми электродами по 1 дм², заливают 2 л сточной воды промышленной автомойки с содержанием взвесей 340 мг на л, СПАВ - 12 мг на л. Подают напряжение на электроды с плотностью тока 500 мА на дм². За 20 минут формируется плотная темная пена, пена содержит взвесь, не течет, ее объем 114 мл. Повышают напряжение на электродах до достижения плотности тока 3,5 А на дм². Обрабатывают 2 минуты. Пена светлеет, становится светлой и текучей. Из объема жидкости выделился газ в объеме 714 мл. Газ сформировал пену в объеме 600 мл. Сформировалась жидкая пена, самотеком излившаяся из электрофлотатора через пеноотвод. Поверхность зеркала жидкости после опадания жидкой пены не имеет загрязнений. Жидкость осветлилась, содержание взвесей не более 6 мг на л.

Пример 3

В лабораторный напорный электрофлотатор объемом 1 л, снабженный нерастворимыми графитовыми электродами по 1 дм², заливают 2 л сточной воды промышленной автомойки с содержанием взвесей 340 мг на л, СПАВ - 12 мг на л. Подают напряжение на электроды с плотностью тока 500 мА на дм². За 20 минут формируется плотная темная пена, пена содержит взвесь, не течет, ее объем 142 мл. Создают в аппарате вакуум в 12 мм рт.ст. Из объема жидкости дополнительно выделяется газ. Газ сформировал пену в объеме 710 мл. Сформировалась жидкая пена, самотеком излившаяся из электрофлотатора через пеноотвод. Поверхность зеркала жидкости после опадания жидкой пены не имеет загрязнений. Жидкость осветлилась, содержание взвесей не более 21 мг на л.

Пример 4

В лабораторный электрофлотатор объемом 3 л, снабженный нерастворимыми графитовыми электродами по 1 дм², заливают 2 л сточной воды промышленной автомойки с содержанием взвесей 340 мг на л, СПАВ - 12 мг на л. Подают напряжение на электроды с плотностью тока 500 мА на дм². За 20 минут формируется плотная темная пена, пена содержит взвесь, не течет, ее объем 127 мл. Периодически подают объем пузырьков газа, обеспечивающий не менее чем семикратное увеличение газонасыщенности обрабатываемой жидкости до формирования слоя ожиженой пены с длительностью и периодичностью не реже 1/7 времени обработки жидкости во флотаторе. Из объема жидкости выделился газ в объеме 2320 мл. Газ сформировал пену в объеме 4270 мл. Сформировалась жидкая пена, самотеком излившаяся из электрофлотатора через пеноотвод. Поверхность зеркала жидкости после опадания жидкой пены не имеет загрязнений. Жидкость осветлилась, содержание взвесей не более 32 мг на л.

Пример 5

В лабораторный электрофлотатор объемом 3 л, снабженный нерастворимьми графитовыми электродами по 1 дм², заливают 2 л сточной воды промышленной автомойки с содержанием взвесей 340 мг на л, СПАВ - 12 мг на л. Подают напряжение на электроды с плотностью тока 500 мА на дм². За 20 минут формируется плотная темная пена, пена содержит взвесь, не течет, ее объем 114 мл. С помощью эжектора вводят объем пузырьков газа, превышающий объем пены не менее чем в семь раз. Пена светлеет, становится светлой и текучей. Из объема жидкости выделился газ в объеме 714 мл. Газ сформировал пену в объеме 600 мл. Сформировалась жидкая пена, самотеком излившаяся из электрофлотатора через пеноотвод. Поверхность зеркала жидкости после опадания жидкой пены не имеет загрязнений. Жидкость осветлилась, содержание взвесей не более 6 мг на л.

Пример 6

В лабораторный напорный электрофлотатор объемом 1 л, снабженный нерастворимыми графитовьми электродами по 1 дм ², заливают 2 л сточной воды промышленной автомойки с содержанием взвесей 340 мг на л, СПАВ - 12 мг на л. Подают напряжение на электроды с плотностью тока 500 мА на дм² . За 20 минут формируется плотная темная пена, пена содержит взвесь, не течет, ее объем 142 мл. Для интенсификации выделения газа жидкость, насыщенную газом, пропускают через кавитатор, состоящий из трубки, внутри которой помещено твердое тело, способное к кавитации. Из объема жидкости дополнительно выделяется газ. Газ сформировал пену в объеме 710 мл. Сформировалась жидкая пена, самотеком излившаяся из электрофлотатора через пеноотвод. Поверхность зеркала жидкости после опадания жидкой пены не имеет загрязнений. Жидкость осветлилась, содержание взвесей не более 21 мг на л.

Пример 7

В лабораторный напорный электрофлотатор объемом 1 л, снабженный нерастворимыми графитовьми электродами по 1 дм ², заливают 2 л сточной воды промышленной автомойки с содержанием взвесей 340 мг на л, СПАВ - 12 мг на л. Подают напряжение на электроды с плотностью тока 500 мА на дм² . За 20 минут формируется плотная темная пена, пена содержит взвесь, не течет, ее объем 142 мл. Жидкость, насыщенную газом, пропускают под давлением через ультразвуковой свисток. Из объема жидкости дополнительно выделяется газ. Газ сформировал пену в объеме 710 мл. Сформировалась жидкая пена, самотеком излившаяся из электрофлотатора через пеноотвод. Поверхность зеркала жидкости после опадания жидкой пены не имеет загрязнений. Жидкость осветлилась, содержание взвесей не более 21 мг на л.

Предлагаемый способ позволяет упростить удаление пенного шлама при флотации и электрофлотации, уменьшить количество осадка, попадающего в очищенную жидкость.