УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОПУЗЫРЬКОВОЙ ФЛОТАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК B03D1/24 C02F1/24 

Изобретение относится к устройству для газопузырьковой флотации согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Областью применения газопузырьковой флотации является разделение твердых веществ и жидкостей, и в частности ее применяют для очистки воды и сточных вод. При этом главным образом применяют так называемую декомпрессионную флотацию, при которой наряду с жидкостью, содержащей твердые, соответственно взвешенные вещества, подают насыщенную под действием давления газом жидкость и сбрасывают в ней давление, так что в результате такого снижения давления образуются газовые пузырьки, которые присоединяются к находящимся во взвешенном состоянии веществам, подлежащим отделению, и выталкивают их во флотационной емкости к поверхности, где их можно счерпывать. Осветленную жидкость, очищенную от взвешенных веществ, отбирают в зоне дна флотационной емкости.

В целом известные до настоящего времени устройства для газопузырьковой флотации включают устройство для растворения воздуха, в котором газ под повышенным давлением растворяется в жидкой среде. После выдержки в течение определенного времени давление в газожидкостной смеси сбрасывают до более низкого значения, при этом происходит перенасыщение жидкой среды газом и высвобождение более не растворенного газа в виде мелких микропузырьков. В жидкость, содержащую твердые вещества, перед ее вводом во флотационную емкость, обычно добавляют осадители, соответственно флокулянты, чтобы можно было перевести отделяемые вещества в хлопьевидную форму.

Флотационные емкости обычно выполняют либо круглыми, либо прямоугольными. У прямоугольных флотационных емкостей, как описано, например, в заявке DE-A 3839371, одна сторона прямоугольника обычно выполнена значительно более длинной, чем другая, а подачу жидкости, содержащей взвешенные вещества, всегда осуществляют с торца с распределением по более короткой стороне прямоугольника. Жидкость течет по всей длине установки, причем с другой короткой стороны, противолежащей стороне втекания жидкости, отводят осветленную воду.

Скорость потока в известных до настоящего времени прямоугольных флотационных установках, в которых жидкость протекает в продольном направлении, равномерна и почти постоянна. Для достижения меньших скоростей потока, протекающего через больший объем, флотационные емкости выполняют относительно глубокими. Существенный недостаток этой известной системы заключается в необходимости использования большего по сравнению с круглыми флотационными емкостями объема при одновременной меньшей удельной нагрузке установки. Хотя известны конфигурации устройств, в которых производительность таких прямоугольных установок удавалось повысить путем встраивания установленных под углом пластин, однако при этом, как следствие, проявляется другой недостаток, заключающийся в более высокой чувствительности к загрязнению.

Из заявки на патент Германии DE 3634903 A1 известно флотационное устройство с горизонтально расположенным цилиндрическим флотационным баком, в котором имеются несколько эксцентрических впускных отверстий для жидкости.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание устройства для газопузырьковой флотации согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, отличающегося незначительными конструктивными размерами, причем одновременно должна быть достигнута высокая степень осветления. Кроме того, устройство согласно изобретению должно максимально эффективно использовать имеющееся в распоряжении пространство.

Согласно изобретению эта задача решается с помощью признаков, указанных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные модификации изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Существенное преимущество изобретения заключается в том, что благодаря в основном ромбической или квадратной конструктивной форме флотационной емкости возможно максимальное использование имеющегося в распоряжении пространства. По сравнению с круглой емкостью увеличение площади поперечного сечения флотационной емкости получают, исходя из того, что имеющееся в наличии монтажное пространство по большей части имеет прямоугольную форму. Преимущество втекания жидкости, содержащей взвешенные вещества, в угловой зоне заключается в постоянно уменьшающейся скорости течения потока, результатом чего является улучшенное по сравнению с обычными прямоугольными емкостями флотационное действие. В этом отношении согласно настоящему изобретению объединены преимущества обоих известных решений, а именно, круглой флотационной емкости с центральным вводом жидкости, с одной стороны, и прямоугольной флотационной емкости с вводом жидкости вдоль одной боковой стенки, с другой стороны.

Настоящее изобретение применимо прежде всего для разделения твердых и жидких фаз, в частности для отделения твердых веществ и липофильных веществ из жидкой фазы, такой, как суспензия.

Устройство, выполненное в соответствии с изобретением, обеспечивает эффективную флотацию при наилучшем использовании имеющегося в наличии пространства. Хотя квадратная форма флотационной емкости предпочтительна из практических соображений, при необходимости можно использовать и ромбическую форму.

Грязесборные или тральные устройства предпочтительно выполнять в виде двух вращающихся в разные стороны, расположенных параллельно друг другу многолопастных грязесборных механизмов, между которыми расположен отводной желоб для флотата. При этом целесообразно расположить под отводным желобом отводящий трубопровод для осветленной жидкости.

Согласно еще одному варианту выполнения изобретения под отводным желобом предусмотрена перегородка, разделяющая флотационную емкость на две треугольные емкости. Благодаря этому при незначительных дополнительных затратах можно получить два раздельных флотационных устройства, пригодных для флотации различных жидкостей или жидкостей с различными долями или составами взвешенных веществ. Отвод флотата, соответственно жидкости, очищенной от взвешенных веществ, в зависимости от конкретных требований можно осуществлять через раздельные либо общие отводные устройства.

Согласно еще одной модификации изобретения на дне флотационной емкости предусмотрен по меньшей мере один скребок для удаления осадка. При этом на дне емкости предпочтительно выполнен шламоотводной желоб, в который осадочный шлам сгребается по меньшей мере одним скребком для удаления осадка. Для каждого впускного отверстия для жидкости предпочтительно предусматривают по два вращающихся вокруг вертикальных осей скребка для осадка, центры вращения которых лежат в зоне других углов емкости и поворотные зоны которых доходят до впускных отверстий для жидкости.

Согласно настоящему изобретению в углах емкости предпочтительно расположить одно впускное устройство для жидкости, содержащей взвешенные вещества, а под ним разместить отдельное впускное устройство для жидкости, содержащей газовые пузырьки, причем впуск для жидкости, содержащей газовые пузырьки, выполнен в виде расширительного вентиля. Преимущество такого прямого понижения давления жидкости, насыщенной газом и находящейся под давлением, непосредственно на входе во флотационную емкость заключается в возможности предотвращения агломерации образовавшихся газовых пузырьков. Тем самым обеспечивается наилучшее использование газовых пузырьков, поскольку, как было установлено, флотационное действие тем эффективнее, чем меньше размер газовых пузырьков.

Согласно еще одному варианту выполнения изобретения благодаря размещенной над впуском для жидкости потоконаправляющей перегородки, поворачивающейся в горизонтальной плоскости, обеспечивается целенаправленное распределение потока жидкости равномерно по всем направлениям.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере прилагаемых чертежей, на которых изображено:
на фиг. 1 - вид сверху флотационного устройства по изобретению;
на фиг. 2 - схематический вертикальный диагональный разрез флотационной емкости;
на фиг. 3 - схематический вид в плоскости Ill-III по фиг. 1; и
на фиг. 4 - два вида впусков для жидкости.

Принцип протекания процесса флотации поясняется ниже со ссылкой на фиг. 1-4, при этом описано предпочтительное применение изобретения для очистки сточных вод. Однако изобретение не ограничивается этим применением, и его можно применять во всех областях, где требуется разделение жидкой и нежидкой и негазообразной фаз, таких, как взвешенные вещества, липофильные или твердые вещества. В частности изобретение может найти применение в пивоваренной промышленности.

Изображенное на фиг. 1 флотационное устройство состоит в основном из квадратной флотационной емкости 1a, в противолежащих угловых зонах которой расположено по одному впуску 2a и 2b для жидкости, в каждый из которых через соответствующую подводящую трубу 3 подается жидкость, содержащая взвешенные вещества.

В двух других угловых зонах расположены две опорные балки 5a, 5b, на которые опираются грязесборные устройства 6a, 6b в форме лопастных грязесборных механизмов, расположенных по диагонали флотационной емкости 1a параллельно друг другу. Каждый из этих двух лопастных грязесборных механизмов 6a, 6b состоит из нескольких, распределенных по периферии продольной оси и выступающих в радиальном направлении транспортирующих ребер, которые, погружаясь в слой 10 флотата, образующегося на поверхности содержимого емкости, вычерпывают этот флотат в расположенный между лопастными грязесборными механизмами 6a, 6b отводной желоб 7 для флотата. Каждый из грязесборных механизмов 6a, 6b приводятся во вращение по отдельности от приводных двигателей 8a, 8b.

Как показано на фиг. 2, отводной желоб 7 для флотата имеет две желобообразные направляющие пластины 9a, 9b, которые погружены в слой 10 флотата и по которым флотат перемещается лопастными грязесборными механизмами 6a, 6b в собственно желоб 7.

На фиг. 3 видно, что дно отводного желоба 7 для флотата проходит наклонно вниз, чтобы обеспечить отвод вязкотекучего флотата 11. Отводной желоб 7 для флотата в свою очередь соединен с отводным трубопроводом 27 для флотата.

Как показано на фиг. 2 и 3, под отводным желобом 7 для флотата расположена спускная труба 12 для осветленной воды, по всей длине части которой, проходящей через флотационную емкость 1a, предусмотрено множество пропускных отверстий 13, через которые осветленная вода поступает для удаления из флотационной емкости 1a.

Согласно одному из вариантов выполнения изобретения флотационная емкость 1a разделена изображенной на фиг. 2 диагональной перегородкой 14 на две отдельные емкости, причем перегородка 14 проходит от отводного желоба 7 для флотата до дна емкости. При этом в каждой отдельной емкости могут быть также предусмотрены две отдельные спускные трубы для осветленной воды или же, как изображено на фиг. 2, можно использовать одну спускную трубу 12 для осветленной воды.

Подвод воды, содержащей взвешенные вещества, осуществляется в изображенном предпочтительном варианте выполнения изобретения через впуски 2a и 2b для жидкости в углах емкости. Как показано, в частности, на фиг. 4a и 4b, впуск 15 для жидкости, содержащей взвешенные вещества, предусмотрен выше впуска 16 для насыщенной газом, находящейся под давлением жидкости, причем впуск 16 содержит элемент 17, понижающий давление, либо он сам выполнен в виде такого элемента. Потоки воды перемещаются вдоль соответствующих направляющих пластин 18 и 19, что обеспечивает наилучшее распределение в горизонтальном направлении и перемешивание обоих потоков жидкости. Выше впуска 15 для жидкости, содержащей взвешенные вещества, расположена предпочтительно поворотная впускная заслонка 20, предназначенная для оптимального регулирования характера потока в зависимости от расхода, степени загрязнения или других параметров.

На дне флотационной емкости 1а в предпочтительном варианте выполнения предусмотрены несколько скребков 21 для удаления осадка, расположенных в угловых зонах емкости, не снабженных впусками 2a, 2b для жидкости, с возможностью поворота вокруг вертикальных осей. На фиг. 3 в качестве примера изображен приводной блок 22, который через вал 23 поворачивает соответствующий скребок 21 для удаления осадка вдоль обозначенной позициями 24 на фиг. 1 поворотной зоны. Скребок или скребки служит, соответственно служат для перемещения оседающих на дне емкости осадков в лоток 25, выполненный на дне емкости под сливной трубой 12 для осветленной воды. Как показано на фиг. 3, лоток 25 для осадков в сечении предпочтительно имеет V-образную форму и заканчивается отводящим трубопроводом 26 для осадка. Поскольку во флотационной емкости 1a предусмотрена перегородка 14 (фиг. 2), то последняя оканчивается предпочтительно в лотке 25 для осадка, причем осадки могут перемещаться скребками 21 с обеих сторон перегородки в лоток.

Ниже более подробно описан процесс флотации с применением устройств согласно изобретению.

Сырая вода, из которой необходимо выделить твердые вещества, закачивается насосом (не показан) во флотационную емкость 1a, соответственно 1b, в которой разделяются твердая и жидкая фаза, так что образуются два частичных потока, а именно, жидкая осветленная фаза 30, почти не содержащая твердых веществ, и твердая фаза, которую можно обозначить как флотат и которая содержит большую часть твердых веществ. Флотат в свою очередь собирается в слое 10 флотата. При этом перед вводом во флотационную емкость 1a или 1b в жидкость могут быть добавлены соответствующие химикалии для осаждения и/или хлопьеобразования, что служит для преобразования растворенных, соответственно частично растворенных, присутствующих в коллоидной форме и свободных твердых веществ в хлопьевидную форму.

Для образования газовых пузырьков в соответствующем устройстве (не показано) пригодный для этой цели газ, например, воздух, растворяют под действием давления, которое предпочтительно намного превышает давление окружающей среды. Жидкую фазу с растворенным газом при сохранении высокого давления через впуски 15 вводят во флотационную емкость 1a либо предварительно сбрасывают давление в подводящую трубу, благодаря чему образуются мелкие микропузырьки.

Понижение давления в газопузырьковой смеси, соответственно подача потока осуществляется таким образом, что во флотационной емкости 1a, соответственно 1b возникает преимущественно горизонтальное двухслойное течение. Оно состоит из газопузырькового потока в нижней части и потока сырой воды в верхней части флотационной емкости 1 с твердыми веществами во флокулированном виде. Альтернативно этому такие частичные потоки также можно перемешивать перед их входом во флотационную емкость. Образовавшиеся газовые пузырьки 31 могут прилипать к хлопьям отделяемых твердых веществ и тем самым приводить к их отделению благодаря всплыванию, соответственно флотации флокулированных структур твердых веществ. В емкости 1a по фиг. 1 втекание жидкости происходит соответственно из двух противолежащих углов по направлению к центру. При этом приток осуществляется таким образом, что в нижней зоне флотационной емкости 1a. соответственно 1b можно получить горизонтальный входящий поток, направленный в сторону центра.

Выше главной впускной трубы расположена подвижно установленная впускная заслонка 20. Эта впускная заслонка 20 выполнена таким образом, что обеспечивается равномерное втекание жидкости в пределах 90 изменения угла наклона заслонки. Так как жидкость втекает в емкость, имеющую в основном квадратную форму, из ее угла, то скорость потока сразу же резко падает, что создает идеальные условия для процесса флотации. Благодаря небольшой скорости потока пузырьки газа могут прилипать к структурам твердое вещество/хлопья, заставляя их всплывать.

По середине между двумя противолежащими впускными точками по диагонали квадрата расположены спускная труба 12 для почти не содержащей твердых веществ осветленной фазы, т. е. для осветленной воды, и грязесборные устройства 6 для образующегося флотатного шлама. Перемещающаяся к середине флотатная/шламовая фаза захватывается обоими вращающимися в противоположных направлениях лопастными грязесборными механизмами 6a, 6b. За счет вращения этих лопастных грязесборных механизмов 6a, 6b слой 10 флотата перемещается вдоль диагонали в отводной желоб 7 для флотата, наклоненный в одну или в две стороны, откуда шлам 11 стекает наружу и может отводиться через отводящий трубопровод 27 для флотата.

Отвод осветленной фазы происходит через соответствующую горизонтальную отводящую трубу 12, расположенную диагонально в нижней трети флотационной емкости 1a, соответственно 1b и снабженную пропускными отверстиями 13, причем предпочтительно поперечные сечения пропускных отверстий 13 варьируются, благодаря чему возможен равномерный отвод по всей длине трубы.

Не всплывающая тяжелая грязь, соответственно осадки собираются на дне емкости. Для удаления этих осадков из флотационной емкости 1a, соответственно 1b они перемещаются скребками 21 для осадка в также расположенный диагонально лоток 25 для осадка на дне емкости. Каждая половина квадратной, диагонально разделенной флотационной емкости 1a имеет два скребка 21 для осадка, вращающихся вокруг вертикальной оси. Оси расположены у наружной стенки емкости вблизи углов квадрата, в которых не производится впуск жидкости. Опоры вращающихся валов 23 закрепляются на наружной стенке емкости. Сами скребки 21 закрепляются одним концом на вертикальной оси скребка и выполнены таким образом, что резиновый выступ перемещает скопившиеся на дне осадки в соответствующий лоток 25. Процесс очистки происходит через определенные интервалы в зависимости от требований конкретного применения. Для привода скребковых осей применяется редукторный двигатель 22. Процесс очистки осуществляется таким образом, что по достижении лотка 25 для осадка скребок 21 отходит непосредственно в исходное положение.

Скребки 21 для осадка, расположенные друг против друга в одной половине емкости, приводятся в движение согласованно через определенные интервалы, так что исключается взаимное касание обоих скребков 21.

При необходимости втекание жидкости в установку может быть реализовано таким образом, чтобы сырая вода и газопузырьковый поток входили во флотационную емкость 1a, соответственно 1b раздельно. Подачу газопузырькового потока всегда необходимо осуществлять ниже потока сырой воды с той же или с большей скоростью. Сброс давления в смеси газа и жидкости, находящихся под повышенным давлением, можно осуществлять как перед входом во флотационную емкость 1a, соответственно 1b, так и в самой емкости.

Изобретение может быть использовано для разделения твердых веществ и жидкости, например, для очистки воды. Устройство содержит флотационную емкость, выполненную в поперечном сечении в основном квадратной или ромбообразной. В двух противолежащих углах флотационная емкость содержит по меньшей мере по одному впуску для жидкости. Спускные приспособления для стока флотата выполнены в виде счерпывающих механизмов и ориентированы по диагонали, определяемой углами не снабженными впусками для жидкости. Изобретение повышает степень осветления (очистки) жидкости. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для газопузырьковой флотации с многоугольной флотационной емкостью (1a, 1b), по меньшей мере одним впуском (2a, 2b) для жидкости, содержащей взвешенные вещества, а также для жидкости, смешанной с газовыми пузырьками, который расположен по меньшей мере в одной угловой зоне флотационной емкости, а также со спускными приспособлениями (6a, 6b) для стока флотата во флотационной емкости (1a), отличающееся тем, что флотационная емкость в поперечном сечении (1a) выполнена в основном квадратной или ромбообразной и в двух противолежащих углах содержит по меньшей мере по одному впуску (2a, 2b) для жидкости, а спускные приспособления (6a, 6b), выполненные в виде счерпывающих механизмов, ориентированы по диагонали, определяемой двумя углами, не снабженными впусками (2a, 2b) для жидкости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что счерпывающие механизмы выполнены в виде двух параллельных друг другу многолопастных грязесборных механизмов (6a, 6b), между которыми расположен отводной желоб (7) для флотата. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что под отводным желобом (7) для флотата расположена спускная труба (12) для осветленной жидкости. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что под отводным желобом (7) для флотата предусмотрена перегородка (14), разделяющая флотационную емкость (1a) на две отдельные флотационные емкости. 5. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что на дне флотационной емкости (1a, 1b) предусмотрен по меньшей мере один скребок (21) для удаления осадка. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что на дне емкости выполнен спускной лоток (25) для осадка, в который по меньшей мере один поворотный скребок (21) для удаления осадка перемещает осадочный шлам. 7. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что впуск (2a, 2b) для жидкости содержит впуск (15) для жидкости, содержащей взвешенные вещества, и размещенный под ним отдельный впуск (16) для жидкости, содержащей пузырьки. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что впуск (16) для жидкости, содержащей газовые пузырьки, содержит элемент (17), понижающий давление, или он сам выполнен в виде такового. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что выше впуска (2a, 2b) для жидкости расположена впускная заслонка (20), поворачивающаяся в горизонтальной плоскости.