УСТАНОВКА АКУСТИКО-РЕАГЕНТНОЙ ФЛОТАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК C02F9/08 C02F9/08 C02F1/24 C02F1/36 C02F1/52 C02F101/00 C02F103/04 

Изобретение относится к установкам для очистки природных и сточных вод.

Известна флотационная установка типа ЦНИИ-5, включающая усреднитель-отстойник, низконапорный насос, затворно-дозирующий бак, флотатор, рециркуляционный насос, напорный бак, работающий под давлением 0,35-0,4 МПа, воздушный эжектор, распределительные трубопроводы (см. Опыт применения флотаторов типа ЦНИИ для очистки сточных вод./Караваев И.И., Резник Н.Ф. - М.: Транспорт, 1972, - 36 с., фиг. 1).

Данная установка обладает следующими недостатками:
- высокая остаточная концентрация загрязнений в очищаемой воде (нефтепродуктов 15-20 мг/л, взвешенных веществ 20-25 мг/л), в связи с неустойчивой работой реагентного хозяйства и невозможностью создания оптимальных условий для проведения процесса реагентной флотации;
- низкая эффективность очистки природных и сточных вод при концентрациях загрязнений менее 50 мг/л в связи с наличием в воде в больших количествах мелкодиспергированных и эмульгированных частиц загрязнений, требующих для извлечения из мелкодиспергированной газовой фазы интенсификации процесса столкновения для образования флотоагрегатов "частица-пузырек";
- наличие эжекторного оборудования, установленного на рециркуляционном трубопроводе приводит к частому сбою в подаче воздуха в напорный бак, что в свою очередь приводит к частым остановкам очистных сооружений и увеличению эксплуатационных затрат, причем система "центробежный насос-эжектор" имеет узкие границы регулирования процесса, вызывает кавитацию и осевое давление на рабочие колеса насоса, имеет ограниченные возможности по количеству вводимого в воду воздуха не более 10% от расхода рециркуляционного насоса, что затрудняет стабильную работу флотационной установки;
- наличие в конструкции флотатора только вихревого смесителя не создает условий для оптимального процесса реагентного созревания хлопьев, обеспечивающих эффективное протекание процесса флотации, а это приводит к выносу загрязнений с потоком очищаемой жидкости и снижению эффективности очистки;
- неоптимальные условия введения и подготовки воздуха и реагентов в процессе флотации снижают не только его эффективность и производительность, но и увеличивают продолжительность прибывания жидкости во флотаторе, увеличивая тем самым конструктивные размеры установки и капитальные затраты на ее реализацию, что в целом затрудняет внедрение этих установок в природоохранных мероприятиях.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является установка флотационного разделения, включающая устройство ввода реагента, ультразвуковое устройство, камеру флотации. Обрабатываемую воду вместе с коагулянтом и воздухом подают в устройство для ультразвукового диспергирования, после которого вода направляется в устройство флотационного разделения (см. Заявка Япония 58-45307, С 02 F 1/24, 1/36, опубл. 83.10.08. "Способ флотационного разделения", Кубота тэкко КК).

Предлагаемая установка флотационного разделения обладает следующими недостатками:
- ультразвуковой диспергатор установлен после устройства ввода реагента, что создает благоприятные условия только для перемешивания вводимого реагента и не создает условий для формирования крупных устойчивых хлопьев гидроокисей, поскольку частично разрушает их ультразвуковым полем, а это в свою очередь снижает эффективность проведения процесса флотации;
- ультразвуковой диспергатор находится перед камерой флотации, что также не создает благоприятных условий для протекания реакции гидратации вводимого реагента и последующего созревания крупных хлопьев, используемых в процессе флотации, т.к. прохождение через распределительные устройства флотатора подготовленной в диспергаторе жидкости вызывает дополнительную турбулизацию потока и разрушение формирующихся гидроокисных хлопьев, что также снижает эффективность процесса флотации;
- процесс гидратации реагента реализуется неполностью, поскольку в данном способе исключена стадия формирования крупных хлопьев реагента, способствующая агломерации извлекаемых частиц, а это в свою очередь ухудшает проведение процесса флотации;
- ультразвуковой диспергатор с открытым зеркалом воды создает условия для выпуска образующихся газовых пузырьков в атмосферу из обрабатываемого потока, что снижает количество газовой фазы, способной участвовать в процессе флотации, снижая тем самым эффективность последней;
- отвод пены во флотационной камере выполнен со стороны осветленного потока жидкости, что при ее осыпании приводит к вторичному загрязнению осветленного потока и увеличению концентрации извлекаемых веществ в нем, снижая эффективность процесса флотации;
- использование ультразвукового диспергатора с открытым зеркалом воды ограничивает область его применения в помещениях при обработке токсичных сред или усложняет систему вентиляции, удорожая стоимость установки;
- в предлагаемой технологии отсутствует решение по обработке образующегося в процессе флотации и снятого скребками флотопродукта.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки воды за счет улучшения гидродинамических и физико-химических условий протекания процесса реагентной флотации.

Поставленная цель достигается тем, что установка акустико-реагентной флотации, содержащая устройство ввода реагента, ультразвуковое устройство, камеру флотации, дополнительно снабжена флокулятором, рециркуляционным насосом, а также устройством для обезвоживания шлама, причем камера флотации соединена с абсорбером, а ультразвуковое устройство установлено перед флокулятором и соединено трубопроводами с центробежным насосом и последним, при этом трубопроводы центробежного и рециркуляционного насосов выполнены с регулирующими задвижками. Ультразвуковое устройство выполнено в виде двух цилиндрических полостей, соединенных между собой через герметизирующую прокладку, внутри которых в месте их соединения и соосно им расположен в посадочном гнезде на держателях ультразвуковой генератор, причем держатели закреплены с одной стороны к посадочному гнезду под углом 45^o, а с другой стороны - в месте соединения цилиндрических полостей под углом 90^o.

При проведении поиска по патентной и научно-технической литературе не обнаружены установки акустико-реагентной флотации с аналогичными конструктивными элементами. Следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна".

В заявляемой установке ультразвуковое устройство является генератором процесса эффективной реагентной флотации, что приводит к техническому результату, не вытекающему с очевидностью из конструктивных решений, а именно: в результате обработки ультразвуком и завихрения ранее обработанной реагентом воды в камере флокуляции при меньших дозах реагента происходит не оседание, а всплывание гидроокисных хлопьев на поверхность воды. При этом начинают всплывать мелкие хлопья с загрязнениями, которые коагулируют и увлекают за собой крупные хлопья гидроокисей, что приводит к повышению эффективности процесса флотации и улучшению качественных показателей очищаемой воды.

Таким образом, заявляемое решение обладает "изобретательским уровнем".

На фиг. 1 представлена технологическая схема установки акустико-реагентной флотации; на фиг.2 - ультразвуковое устройство.

Установка включает резервуар-усреднитель 1, центробежный насос 2, ультразвуковое устройство 3, флокулятор 4, камеру флотации 5, рециркуляционный насос 6, абсорбер 7, устройство для обезвоживания шлама 8, трубопроводы 9 и 10, регулирующие задвижки 11.

Ультразвуковое устройство 3 выполнено в виде двух цилиндрических полостей 12 и 13, причем цилиндрическая полость 12 установлена на трубопроводе 9, а цилиндрическая полость 13 - на трубопроводе 10. Цилиндрические полости соединены между собой болтами 14 и гайками 15 через герметизирующую прокладку 16. Между цилиндрическими полостями 12 и 13 и соосно им в гнезде 17 установлен ультразвуковой генератор 19, закрепленный на держателях 18, присоединенных к гнезду под углом 45^o и развернутых к оси потока на 90^o, питающийся от сети переменного тока через преобразователь 20 по соединительному проводу 21.

Установка работает следующим образом.

Очищаемая жидкость поступает в резервуар-усреднитель 1, где происходит усреднение состава и расхода очищаемой жидкости, и затем центробежным насосом 2 по трубопроводу 9 подается в ультразвуковое устройство 3, где при работающем ультразвуковом генераторе 19 происходит обработка воды ультразвуком на субкавитационном уровне, что приводит к изменению не только структурно-ингредиентного состава присутствующих в воде загрязнений, но и выделению газовых пузырьков в завихренном потоке жидкости, что создает оптимальные условия для проведения процессов флокуляции и флотации. При обтекании жидкостью ультразвукового генератора происходит не только турбулизация двигающегося потока, но и его закручивание держателями 18, а также отрыв с поверхности генератора мелких пузырьков газа в поток жидкости. Очищаемая жидкость, прошедшая ультразвуковую обработку, поступает по трубопроводу 10 во флокулятор 4, куда вводят реагенты, при этом обеспечиваются оптимальные условия для протекания процесса флокуляции. Далее очищаемая жидкость и насыщенная воздухом под давлением 0,3-0,5 МПа газоводяная смесь поступают в камеру флотации 5, где происходит очистка жидкости от загрязнений, закрепляющихся на пузырьках газа и всплывающих на поверхность жидкости в виде пены, своевременно снимаемой с зеркала воды как флотопродукт, который подается на обезвоживание в аппарат 8 и затем подвергается утилизации, а очищенная вода направляется на последующее использование.

Предлагаемая установка обеспечивает более эффективную очистку, при которой концентрация извлекаемых загрязнений (нефтепродуктов, жиров, взвешенных веществ) снижается в 2-2,5 раза, что достигается за счет наличия ультразвукового устройства, установленного между резервуаром-усреднителем и флокулятором, гарантирующего постоянное выделение из очищаемой жидкости загрязнений, тем самым увеличивая производительность и энергосбережение флотационного процесса.

Предлагаемая установка при создании оптимальных условий проведения процесса флотации путем управления задвижками, корректирующими подачу газоводяной смеси и количество обработанной ультразвуком жидкости, позволяет не только интенсифицировать реагентную флотацию, но и уменьшить расход применяемого реагента.

Использование ультразвукового устройства, выполненного в виде двух цилиндрических полостей, соединенных между собой герметизирующей прокладкой, внутри которых в месте соединения в посадочном гнезде на держателях расположен соосно им ультразвуковой генератор, что позволяет не только интенсифицировать процесс флотации за счет ультразвукового воздействия на очищаемую жидкость, но и повысить эффект очистки на 15-25%, а также ускорить процесс флотации при введении дополнительной газовой фазы в обрабатываемую жидкость.

Использование ультразвукового устройства, внутри которого в посадочном гнезде расположен ультразвуковой генератор на держателях, закрепленных с одной стороны под углом 45^o, с другой стороны - в месте соединения цилиндрических полостей под углом 90^o, позволяет за счет турбулизации-закручивания очищаемого потока создавать благоприятные условия для протекания процесса флотации и сокращения потребляемых реагентов в процессе флотации в 1,5-2,0 раза, что позволяет рекомендовать предлагаемую установку для комплексного решения проблемы охраны окружающей среды.

Изобретение относится к установкам для очистки сточных и природных вод. Установка акустико-реагентной флотации содержит устройство ввода реагента, флокулятор, ультразвуковое устройство, установленное перед флокулятором и соединенное трубопроводами с центробежным насосом и флокулятором, камеру флотации, рециркуляционный насос, абсорбер и устройство для обезвоживания шлама, при этом трубопроводы центробежного и рециркуляционного насосов выполнены с регулирующими задвижками. Ультразвуковое устройство выполнено в виде двух цилиндрических полостей, соединенных между собой через герметизирующую прокладку, внутри которых в месте их соединения и соосно им расположен в посадочном гнезде на держателях ультразвуковой генератор, причем держатели закреплены с одной стороны к посадочному гнезду под углом 45^o, а с другой стороны - в месте соединения цилиндрических полостей под углом 90^o. Технический результат: повышение эффективности очистки воды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка акустико-реагентной флотации, содержащая устройство ввода реагента, ультразвуковое устройство, камеру флотации, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена флокулятором, рециркуляционным насосом, а также устройством для обезвоживания шлама, причем камера флотации соединена с абсорбером, а ультразвуковое устройство установлено перед флокулятором и соединено трубопроводами с центробежным насосом и последним, при этом трубопроводы центробежного и рециркуляционного насосов снабжены регулирующими задвижками. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что ультразвуковое устройство выполнено в виде двух цилиндрических полостей, соединенных между собой через герметизирующую прокладку, внутри которых в месте их соединения и соосно им расположен в посадочном гнезде на держателях ультразвуковой генератор, причем держатели закреплены с одной стороны к посадочному гнезду под углом 45^o, с другой стороны - в месте соединения цилиндрических полостей под углом 90^o.