ФЛОТАТОР-ОТСТОЙНИК Российский патент 2002 года по МПК C02F1/24 C02F1/24 C02F101/30 C02F101/32 

Изобретение относится к устройствам для флотационной очистки сточных вод от нефтепродуктов, жиров, взвешенных частиц и других загрязнителей и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, в пищевой, нефтяной, металлургической отраслях промышленности, на предприятиях энергетики, автотранспорта и других отраслях промышленности.

Известна "Установка для флотационной очистки сточных вод" по описанию изобретения к а. с. СССР 1579904, кл. С 02 F 1/24, опубликовано в БИ 27 23.07.90 г. (1).

Данная установка обладает некоторыми недостатками, а именно:
- отвод флотошлама производится принудительно вниз при помощи скребков и шнека по центру емкости для очистки стоков, что усложняет конструкцию установки, при этом шнек с кожухом отнимает заметную часть объема от емкости для очищаемых стоков;
- для привода скребков и шнека необходимы затраты дополнительной энергии, а также при этом уменьшается надежность работы установки за счет усложнения конструкции установки.

Целью предлагаемого изобретения является создание конструкции флотатора-отстойника достаточно простого, надежного, недорогого и вместе с тем обеспечивающего двухступенчатую очистку стоков, фактически совмещенного в одном аппарате. При этом аппарат занимал бы минимальные производственные площади, потреблял бы незначительное количество энергии и обеспечивал высокое качество очистки сточных вод от нефтепродуктов, жиров и взвешенных частиц.

Сущность предлагаемого флотатора-отстойника заключается в следующем.

Предлагаемый флотатор представляет собой комплексный аппарат в виде сообщающегося сосуда, образованного двумя технологическими колоннами: сборно-разборной колонны флотации стоков и сборно-разборной колонной тонкой очистки воды, сообщающимися между собой через основание аппарата - отстойник. Отстойник установлен по меньшей мере на четырех стойках, а стойки неподвижно установлены соответственно на четырех фундаментных основаниях. Отстойник представляет собой емкость в форме, например, параллелепипеда, разделенного на две половины внутренней вертикальной перегородкой, через нижнюю кромку которой вода имеет возможность перетока из колонны флотации в колонну тонкой очистки воды через днище отстойника.

Днище отстойника имеет форму неправильной пирамиды, сужающейся книзу и одновременно в сторону и оканчивается трубопроводом с задвижкой для сброса тяжелого шлама; для удобства обслуживания отстойника трубопровод с задвижкой вынесены в сторону за пределы одной из вертикальных стенок отстойника.

На левую половину отстойника к верхней ее стенке соосно с отверстием для протока воды из колонны флотации в отстойник вертикально и неподвижно установлена большого диаметра труба, представляющая собой технологическую сборно-разборную колонну флотации неочищенных стоков. Изнутри к стенке этой колонны на высоте, равной по меньшей мере 0,3-0,5 высоты всей колонны, неподвижно установлен трубчатый с перфорацией в форме кольца аэратор для подачи сжатого воздуха в камеру флотации. Выше аэратора на расстоянии от основания колонны, равном по меньшей мере 0,6-0,65 всей высоты колонны флотации, в нее врезан трубопровод для ввода неочищенных стоков в колонну флотации.

Несколько ниже на 60-70 мм самой верхней кромки колонны флотации неподвижно укреплена уширенная кольцевая емкость с наклонным днищем для сбора флотошлама, его непрерывного сбора и сброса через трубопровод. В магистраль ввода неочищенных стоков также вмонтирован эжектор для подсоса атмосферного воздуха, который еще до ввода в колонну флотации перемешивается со стоками и способствует интенсификации процесса флотации нефтепродуктов и жиров.

В процессе флотации стоков флотошлам под воздействием пузырьков воздуха в камере флотации поднимается вверх и стекает в уширенную кольцевую емкость для сбора флотошлама и по наклонному днищу и трубе отводится, а очищенная от нефтепродуктов, жиров и взвешенных частиц вода опускается ламинарным потоком в нижнюю часть колонны флотации, а затем в нижнюю часть отстойника тяжелых шламов и взвешенных частиц, а далее по нижней кромке вертикальной перегородки отстойника через его днище перетекает в колонну тонкой очистки воды. При этом тяжелые шламы и взвешенные частицы оседают на дно отстойника.

Параллельно с колонной флотации на верхней стенке правой половины отстойника соосно с отверстием для протока воды из отстойника в сборно-разборную колонну тонкой очистки воды вертикально и неподвижно установлена труба большого диаметра. Высота этой трубы равна по меньшей мере 0,1-0,3 высоты всей колонны, и к верхней части этой трубы к фланцу неподвижно прикреплен трубчатый отстойник, представляющий собой пакет из множества трубок малого диаметра, скрепленных вместе и неподвижно двумя фланцами; трубки установлены с наклоном к вертикали примерно под углом 30^o.

К верхнему фланцу трубчатого отстойника неподвижно прикреплена большого диаметра труба, являющаяся продолжением технологической колонны тонкой очистки воды и ее венцом. В трубчатом отстойнике даже самые мелкие и легкие взвешенные частицы, ударяясь о стенки многочисленных трубок, теряют свою скорость и инерцию и по стенкам этих трубок сползают (оседают) в отстойник шлама.

Из колонны тонкой очистки воды из самой ее верхней части очищенная вода вытекает по отводящей трубе, а это создает непрерывное движение воды ламинарным потоком, начиная от камеры флотации стоков, через отстойник и в самую верхнюю точку колонны тонкой очистки воды.

Таким образом, процесс очистки сточных вод происходит при ламинарном потоке по наибольшей и одновременно разнонаправленной траектории движения воды в двух колоннах: сначала сверху вниз из колонны флотации в отстойник, затем из отстойника вверх уже через всю колонну тонкой очистки, при этом в обеих колоннах происходит интенсивное осаждение тяжелых и более легких взвешенных частиц, практически двойная очистка при минимальных затратах энергии.

Колонна флотации и колонна тонкой очистки воды имеют одинаковую высоту, а уровень истечения очищенной воды в верхней части колонны тонкой очистки воды установлен, примерно, на 30-50 мм ниже уровня верхнего среза колонны флотации.

Таким образом, предлагаемый флотатор-отстойник работает с минимальными затратами энергии лишь на подачу неочищенных стоков во флотатор и подачу сжатого воздуха через эжектор в аэратор.

В качестве близкого аналога предлагаемому флотатору-отстойнику можно принять "Установку для флотационной очистки сточных вод" по а.с. СССР 1579904 (1).

Перечень фигур на чертежах.

На фиг. 1 изображена схематично конструкция предлагаемого флотатора-отстойника в разрезе; вариант, по которому воздух через эжектор дополнительно подается вместе со стоками.

На фиг. 2 изображен предлагаемый флотатор-отстойник в разрезе, вариант подвода стоков через верх колонны флотации по вертикальному трубопроводу и одновременно воздуха через эжектор, расположенный в самой верхней части подводящего стоки трубопровода.

На фиг. 3 изображен предлагаемый флотатор-отстойник в разрезе, вариант установки электрофлотатора в колонну флотации.

На фиг.4 изображен предлагаемый флотатор-отстойник, вид сбоку по А фиг. 1, где показан вынесенный в сторону для удобства обслуживания низ отстойника шлама с трубопроводом и задвижкой.

Предлагаемый "Флотатор-отстойник "Поток-1" состоит из следующих агрегатов, узлов и деталей.

На четырех фундаментных основаниях 1, например, и четырех стойках 2 установлено основание флотатора-отстойника, представляющее собой отстойник 3 для шлама и взвешенных частиц (фиг.1).

В нижней части отстойник имеет форму неправильной пирамиды, а верхняя часть имеет форму, например, прямоугольного параллелепипеда. Отстойник 3 внутри разделен по середине, примерно, на две равные части стальной вертикальной перегородкой 4, приваренной герметичным швом, и таким образом, что в самой нижней части отстойника 3 в днище, имеющем форму неправильной пирамиды и, сужающейся книзу, образован проем для перетока воды из левой половины отстойника в правую половину.

Отстойник 3 в верхней части имеет верхнюю горизонтальную стенку (потолок), на левой половине на нее соосно с отверстием для перетока воды из колонны флотации в отстойник 3 прикреплена вертикально и неподвижно труба 5 большого диаметра, представляющая собой нижнюю часть технологической колонны флотации стоков.

На трубу 5 при помощи фланцевого соединения 6 установлена флотационная камера 7 в виде трубы большого диаметра, установленной вертикально. В нижней части флотационной камеры 7 на высоте по меньшей мере 0,3 общей высоты колонны флотации (которая равна сумме высот трубы 5 и флотационной камеры 7) с внутренней стороны флотационной камеры 7 установлен неподвижно трубчатый с перфорацией в стенках трубы в форме кольца аэратор 8 для подачи сжатого воздуха в колонну флотации 7 через трубопровод 9; по этому трубопроводу 9 можно подавать в колонну флотации различные растворы, коагулянты или флокулянты.

В флотационную камеру 7 на высоте по меньшей мере 0,6-0,65 общей высоты колонны флотации вмонтирован трубопровод 10 для подачи грязных стоков, а в трубу 10 в свою очередь вмонтирован эжектор 11, предназначенный для подсоса атмосферного воздуха в магистраль грязных стоков. Труба 5 имеет высоту, равную примерно 0,1-0,2 от общей высоты всей колонны флотации.

На верхней части флотационной камеры 7 приварена уширенная кольцевая емкость 12 с наклонным днищем для сбора флотошлама, при этом уровень верхнего среза флотационной камеры (трубы) 7 находится выше уровня основания уширенной кольцевой емкости 12 на 60-70 мм. К нижней наклонной части емкости 12 под некоторым углом (15-20^o) к горизонтальной поверхности приварен трубопровод 13 для отвода флотошлама.

При флотации слабозагрязненных стоков их подвод можно осуществить по варианту, изображенному на фиг.2, а именно стоки подводить по установленному вертикально в самой верхней части флотационной камеры 7, трубопроводу 14 и трубопроводу 15, приваренному под углом к трубопроводу 14. При этом в верхней части трубопровода 14 установлен эжектор для подсоса атмосферного воздуха.

Предлагаемая конструкция флотатора-отстойника предусматривает возможность установки на трубу 5 электрофлотатора 16 (фиг.3), при этом грязные стоки подают выше уровня электрофлотатора, и соответственно камера флотации 7 монтируется над электрофлотатором.

К верхней стенке правой половины отстойника 3 соосно с отверстием в ней для перетока воды из колонны флотации через отстойник 3 в колонну тонкой очистки воды неподвижно прикреплена труба 17 большого диаметра высотой примерно 0,1-0,3 высоты всей колонны тонкой очистки. К верхней части трубы 17 к ее фланцу 6 неподвижно прикреплен трубчатый отстойник 18, а к верхнему фланцу отстойника 18 неподвижно прикреплена труба 19 большого диаметра, равная диаметру трубы 17 и являющаяся верхней частью и венцом всей колонны тонкой очистки воды, образованной соответственно трубой 17, трубчатым отстойником 18 и трубой 19.

К верхней части трубы 19 приварен горизонтально трубопровод 20 для отвода очищенной воды из колонны тонкой очистки воды. При этом уровень воды в отводящем трубопроводе 20 установлен на 30-50 мм ниже уровня верхнего среза колонны флотации (камеры флотации 7).

Предлагаемый флотатор-отстойник может обеспечивать очистку и очень грязных стоков, например, с содержанием нефтепродуктов и жиров от 100 до 1000 мг/л. Для этого имеется сатуратор 21 (фиг.1), через который подают в аэратор 8 раствор сернокислого алюминия с воздухом.

В самую нижнюю часть днища отстойника 3 врезан трубопровод 22 с задвижкой 23 (фиг.1 и 4) для периодического сброса тяжелого шлама, который накапливается в процессе очистки сточных вод.

Предлагаемый "Флотатор-отстойник "Поток-1" работает следующим образом.

Перед запуском в работу в обе колонны и отстойник флотатора заливают чистую воду до уровня слива очищенной воды через трубопровод 20 в колонне тонкой очистки. Затем подают неочищенные стоки в камеру флотации 7 через трубопровод 10 (фиг. 1) и одновременно подают сжатый воздух от компрессора через трубопровод 9 и аэратор 8. По этому варианту работают при концентрации нефтепродуктов и жиров от 15 до 100 мг/л.

При малых концентрациях загрязнения сточной воды нефтепродуктами и жирами, например до 15 мг/л, в трубопровод 10, подающий неочищенные стоки, можно одновременно подавать воздух непосредственно из атмосферы через эжектор 11, а на аэратор 8 сжатый воздух не подавать. Можно также очистку производить по схеме, показанной на фиг.2, т.е. неочищенные стоки подавать через трубопроводы 15 и 14 с эжекцией атмосферного воздуха. И это обеспечивает качественную флотационную очистку сточной воды.

При больших концентрациях загрязнений в стоках нефтепродуктами и жирами, например от 100 до 1000 мг/л, устанавливают электрофлотатор, а в аэратор 8 подают, например, раствор сернокислого алюминия с воздухом, пропущенным через сатуратор 21, который включают в систему флотации стоков при высоких концентрациях загрязнителей в стоках.

В камере флотации 7 пузырьки воздуха, непрерывно поступая из аэратора 8, пронизывают всю массу неочищенных стоков, при этом легкие фракции загрязнителей - нефтепродукты, жиры и легкие взвешенные частицы - поднимаются вверх, вспениваясь, собираются в емкость 12 для сбора флотошлама и постепенно самотеком отводятся по трубопроводу 13. Тяжелые взвешенные частицы в камере флотации 7 опускаются вниз под собственным весом, а также захватываются ламинарным потоком воды также вниз, так как избыток воды в сообщающихся двух колоннах начинает изливаться из колонны тонкой очистки воды через трубопровод 20, так как уровень воды в этом трубопроводе на 30-50 мм ниже уровня верхнего среза, колонны флотации 7. Это создает направленный ламинарный поток из колонны флотации 7 через самую нижнюю часть флотатора-отстойника (перегородка 4) через отстойник 3 в самую верхнюю часть колонны тонкой очистки воды.

В отстойнике 3 тяжелые взвешенные частицы под собственным весом оседают на дно, а часть более легких взвешенных частиц вместе с ламинарным потоком воды, продолжая свое движение через трубу 17 и особенно через трубчатый отстойник 18, ударяясь о стенки многочисленных трубок, теряют свою инерцию и скорость и по стенкам этих трубок сползают вниз в отстойник 3.

Очищаемая вода, двигаясь сначала вниз в колонне флотации 7, а затем протекая через низ отстойника 3 в колонну тонкой очистки воды, меняет направление движения в противоположную сторону - вверх, а в итоге происходит двукратное осаждение взвешенных частиц из воды, и таким образом за счет движения очищаемой воды по наибольшей траектории достигается высокая степень очистки сточных вод.

Очищенная вода отводится из самой верхней части колонны тонкой очистки воды по трубопроводу 20.

Тяжелый шлам и взвешенные частицы при флотации неочищенных стоков накапливаются в нижней суженной части отстойника 3 и периодически отводятся в отвал через трубу 22 и задвижку 23.

Экспериментальный образец предлагаемого флотатора-отстойника для очистки сточных вод изготовлен и опробован на одном из промышленных предприятий г. Омска; обеспечивает качественную очистку сточных вод от нефтепродуктов, жиров и взвешенных частиц, способствует снижению ХПК и гарантирует показатели качества воды, соответствующие предельно допустимым концентрациям указанных загрязнителей в очищенных сточных водах.

Предлагаемый флотатор-отстойник обладает следующими преимуществами по сравнению с аналогом:
- уменьшена производственная площадь, занимаемая флотатором за счет увеличения высоты флотатора;
- уменьшена площадь флотации в камере флотации и вместе с тем интенсифицирован процесс флотации;
- сокращена до оптимального значения площадь флотации и поверхность сбора флотошлама, что дает возможность более плотного и интенсивного насыщения стоков воздухом и удаления флотошлама без применения скребков и шнека, а самотеком.

Производительность предлагаемого аппарата составила от 5 до 100 кубометров воды в час. Для эффективной и оптимальной работы предлагаемого флотатора-отстойника в зависимости от объема очищаемой воды и степени ее загрязнения производят гидротехнический расчет параметров каждого конкретного флотатора.

Литература
1. "Установка для флотационной очистки сточных вод", описание изобретения к а.с. СССР 1579904, кл. С 02 F 1/24, опубликовано в БИ 27 23.07.90г.

Изобретение относится к устройствам для флотационной очистки сточных вод от нефтепродуктов, жиров, взвешенных частиц и других загрязнителей и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, энергетике, пищевой, нефтяной, металлургической, машиностроительной, автотранспортной и других отраслях промышленности. Заявленный флотатор-отстойник представляет собой комплексный аппарат в виде сообщающегося сосуда, образованного двумя технологическими колоннами - колонной флотации стоков и колонной тонкой очистки воды, сообщающимися между собой через основание аппарата - отстойник. Отстойник установлен на четырех стойках, а стойки соответственно неподвижно установлены на четырех фундаментных основаниях. Отстойник представляет собой емкость в форме параллелепипеда, разделенного на две половины внутренней вертикальной перегородкой, через нижнюю кромку которой вода имеет возможность перетока из колонны флотации в колонну тонкой очистки. На левую половину отстойника к верхней ее стенке соосно с отверстием для перетока воды из колонны флотации в отстойник вертикально и неподвижно установлена сборно-разборная технологическая колонна флотации. Колонна флотации состоит из трех частей: основания колонны, представляющего собой трубу большого диаметра, камеры флотации и головной части колонны. Внутри этой колонны вмонтирован трубчатый с перфорацией аэратор в форме кольца. Вместо аэратора может быть установлен электрофлотатор. Выше аэратора врезан трубопровод для подачи неочищенных стоков, который может быть подведен через верх колонны флотации, а выше установлен эжектор воздуха. Ниже самой верхней кромки колонны флотации на 60-70 мм неподвижно укреплена уширенная кольцевая емкость для сбора флотошлама с наклонным днищем и отвода флотошлама через наклонный трубопровод из самой нижней части кольцевой емкости. Параллельно с колонной флотации на верхней стенке правой половины отстойника вертикально и неподвижно установлена сборно-разборная технологическая колонна тонкой очистки воды. Колонна состоит из трех частей: основания колонны, представляющего собой трубу большого диаметра, трубчатого отстойника и головной части колонны из трубы большого диаметра. Из верхней части колонны тонкой очистки воды по трубопроводу отводят очищенную воду самоизливом, и это создает непрерывное движение воды ламинарным потоком, а также наибольшую и разнонаправленную траекторию движения очищаемых стоков, начиная от камеры флотации, через отстойник и в самую верхнюю точку колонны тонкой очистки воды. Технический результат - обеспечение двухступенчатой очистки стоков (при этом аппарат занимает минимальное производственное помещение), потребление незначительного количества энергии и обеспечение высокого качества очистки сточных вод от нефтепродуктов, жиров и взвешенных частиц. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Флотатор-отстойник, содержащий флотационную емкость с подводом очищаемой воды, сборник флотошлама с патрубком отвода, аэратор, отстойник шлама, патрубки отвода очищенной воды и шлама, отличающийся тем, что содержит комплексный аппарат в виде сообщающегося сосуда, образованный из установленного по меньшей мере на четырех фундаментных основаниях и соответственно на четырех стойках и являющийся основанием всего аппарата отстойник для тяжелых взвешенных частиц и шлама, выполненный в форме параллелепипеда, разделенного на две половины внутренней вертикальной перегородкой, обеспечивающей переток воды из одной половины в другую через днище, имеющее форму неправильной пирамиды, сужающейся книзу, и заканчивающееся выпускной трубой с задвижкой для шлама; установленную вертикально и неподвижно на левую половину отстойника сборно-разборную колонну флотации соосно с отверстием в верхней стенке отстойника для протока воды в отстойник из колонны флотации с установленным неподвижно на внутренней стенке колонны на расстоянии от основания ее, равном по меньшей мере 0,3 высоты всей колонны, трубчатым с перфорацией кольцевым аэратором, с врезанным в нее на расстоянии от основания колонны, равном по меньшей мере 0,6-0,65 высоты всей колонны, трубопроводом для подачи неочищенных стоков, с установленной неподвижно у верхнего среза колонны флотации уширенной кольцевой емкостью с наклонным днищем и с отводящей трубой для флотошлама; установленную вертикально и неподвижно на правую половину отстойника сборно-разборную колонну тонкой очистки воды соосно с отверстием в верхней стенке отстойника для протока воды из отстойника в эту колонну, состоящую из нижней трубы большого диаметра, неподвижно соединенную по верхнему фланцу с трубчатым отстойником, а по верхнему фланцу трубчатого отстойника с верхней трубой большого диаметра, в верхней части которой врезан трубопровод, из которого очищенная вода вытекает самоизливом, при этом уровень воды в отводящем трубопроводе установлен на 30-50 мм ниже уровня верхнего среза колонны флотации. 2. Флотатор-отстойник по п. 1, отличающийся тем, что содержит установленный вертикально в верхнюю часть колонны флотации трубопровод подвода стоков, в самой верхней части которого выше уровня подвода стоков установлен эжектор атмосферного воздуха. 3. Флотатор-отстойник по п. 1, отличающийся тем, что содержит электрофлотатор, установленный в камере флотации ниже уровня подвода трубопровода стоков. 4. Флотатор-отстойник по п. 1, отличающийся тем, что содержит сатуратор, предназначенный для дополнительного обогащения воздухом стоков.