ФЛОТОУСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2007 года по МПК C02F1/24 B01D1/14 

Изобретение относится к устройствам для флотационной очистки сточных вод и может быть использовано в технологии очистки производственных сточных вод.

Известна флотоустановка, включающая флотоотстойник, напорный бак сатуратора с редукционным клапаном, удерживающим давление водовоздушной смеси «до себя», циркуляционный насос и компрессор для создания давления в напорном баке сатуратора и растворения воздуха в воде, описанная в книге Гвоздева В.Д., Ксенофонтова Б.С.Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. М.: Химия, 1988, с.60-76 [1]. Во флотоотстойнике при сбросе давления из сточных вод выделяется растворенный в ней воздух в виде пузырьков. При этом к пузырькам прилипают тонкодисперсные гидрофобные частицы и в виде комплексов частица-пузырек всплывают, образуя пенный слой. Пенный слой удаляется специальным приспособлением с поверхности зеркала воды флотоотстойника, а очищенная жидкость отводится из зоны, находящейся ниже образования флотокомлексов частица-пузырек.

Использование известной флотоустановки не позволяет достигнуть эффективности очистки сточных вод от гидрофобных примесей выше 70-80%.

Часть пузырьков воздуха следует за потоком очищаемой сточной жидкости и в месте с прилипшей к нему частицей загрязнения выносится из флотоотстойника.

Наиболее близкой по техническому решению, повышающему эффективность очистки сточных вод флотацией, является флотационная установка, реализующая известный способ флотации сточных вод, описанная в патенте Российской Федерации №2108974, кл. 6 C02F 1/24, 20.04.1998 [2].

Во флотоустановке известного способа, включающей напорный бак сатуратора с редукционным клапаном, циркуляционным насосом и компрессором, пеносборный лоток, во флотоотстойнике предусмотрена гидрофобная насадка фильтрующей гидрофобной поверхности сплошной или перфорированной, неподвижной или в состоянии движения, расположенная под зоной образования флотокомплексов частица-пузырек, под углом к потоку очищаемой воды 5-90°, с размером частиц или отверстий фильтрующей загрузки 0,01...0,1 мм, выполненных из угля или торфа в объемном соотношении от 1:1 до 1:10.

Недостатками известной флотоустановки являются загрязнение пенного слоя продукта флотации и пенного кека продуктами фильтрации, инертными примесями, исключающими непосредственное их использование, например, для пищевых нужд возвратом в производство или для сжигания в факеле струи из-за засорения сопел горелок; сложность удержания во флотоотстойнике мелкоизмельченной фильтрующей загрузки; высокие потери напора воды в фильтрующей загрузке.

Задачи изобретения - снижение энергоемкости флотоустановки, упрощение ее эксплуатации, исключение загрязнения пенного продукта реагентами.

Поставленные задачи решаются тем, что флотоустановка, включающая насос и компрессор для сжатия воздуха и воды, напорный бак сатуратора, редукционный клапан, пеносборный лоток, флотоотстойник с насадкой для принудительной коалесценции микро- и макропузырьков воздуха, снабжена насосом, компрессором, напорным баком сатуратора, редукционным клапаном, выполненными для работы под давлением не менее 15 МПа, принудительная коалесценция микро- и макропузырьков выполнена с помощью кассет с ершовой насадкой, размещенных под впуском исходной сточной жидкости и воды с растворенным в ней под высоким давлением воздухом, при этом кассеты с ершовой насадкой выполнены длиной не менее 1,5 м и с формой поперечного сечения, совпадающей с формой поперечного сечения флотоотстойника, капроновые волокнистые ерши в кассетах закрепляют вертикально, с шагом, равным диаметру поперечного сечения ерша, равномерно по всему сечению кассет, флотоотстойник снабжен также системой барботеров регенерации ершовой насадки, располагаемых под кассетами, и по внутреннему периметру флотоотстойника в горизонтальной плоскости на уровне впуска исходной сточной жидкости обечайка флотоотстойника оснащена соплами впусков рециркуляционной очищенной сточной жидкости из выходного патрубка флотоотстойника, сообщенными с низконапорным насосом, создающим вращательное движение очищаемой сточной жидкости внутри флотоотстойника.

Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе нет сведений про флотоустановки для очистки производственных сточных вод такой конструкции, какая предложена в формуле изобретения, что дает основание утверждать, что предлагаемая флотоустановка отвечает критерию патентоспособности «новизна».

Сравнительный анализ приспособлений, которые используются в известных технических решениях и в том числе в прототипе, показал на существенные признаки, отличающие предлагаемое решение.

Преимущества свидетельствуют о том, что задачи, которые решаются, выполнены на изобретательском уровне, поскольку они не вытекают, очевидно, из известных в данной области техники решений и поэтому отвечают критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемая флотоустановка для очистки производственных сточных вод приведена на чертеже в виде технологической схемы.

Флотоустановка для очистки сточных вод состоит из приемной камеры 1 исходной сточной жидкости, самотечного трубопровода 2 подачи сточной жидкости во флотоотстойник 3, снабженный патрубком впуска 4 исходной сточной жидкости, патрубком 5 отвода очищенной воды со штуцером 6 подвода рециркуляционного потока очищенной воды к насосу 7 возврата очищенной воды во флотоотстойник 3 через сопла 8, находящиеся в одной горизонтальной плоскости с патрубком впуска 4 исходной сточной жидкости и расположенные равномерно по внутреннему периметру флотоотстойника 3 тангенциально к стенке флотоотстойника 3 в одну сторону для создания вращательного движения объема жидкости во флотоотстойнике 3.

В одной горизонтальной плоскости с патрубком 4 впуска исходной сточной жидкости напротив него расположен патрубок 9 впуска воды, насыщенной под давлением более 15 МПа воздухом. Насыщение воды питьевого качества производится в напорном баке сатуратора 10 путем закачивания в него одновременно и воздуха компрессором 11, и воды насосом 12. Насыщенная в напорном баке сатуратора 10 водовоздушная смесь по трубопроводу 13, способному выдерживать давление более 15 МПа, движется до редукционного клапана 14, удерживающего давление «до себя», а затем к патрубку 9.

Во флотоотстойнике 3 под патрубками 4 и 9 впуска исходной сточной жидкости и водовоздушной смеси располагается кассета 15 с насадкой 16 из капроновых ершей, закрепленных в кассете вертикально, с шагом, равным диаметру ерша, равномерно по всей площади поперечного сечения кассеты 15, совпадающей по форме поперечного сечения с формой поперечного сечения флотоотстойника 3. Высоту кассеты и длины ершей выполняют не менее 1,5 м. В верхней части флотоотстойника 3 смонтирован пеносборный лоток 17 с пеноотводящейщей трубой 18, а в нижней части флотоотстойника 3 под кассетой 15 установлена система барботеров 19 регенерации воздухом ершовой насадки 16 от воздуходувки 20.

Флотоустановка снабжается емкостью 21 регенерационной жидкости флотоотстойника 3.

Работает флотоустановка следующим образом.

Исходная сточная жидкость из приемной камеры 1 по трубопроводу 2 самотеком непрерывно поступает во флотоотстойник 3 через патрубок 4 впуска сточной жидкости. С противоположной стороны периметра флотоотстойника 3 по патрубку 9 внутрь флотоотстойника 3 поступает водовоздушная смесь, образованная в напорном баке сатуратора 10 с помощью компрессора 11 и насоса 12 и доведенная трубопроводом 13 до редукционного клапана 14, а затем до патрубка 9.

Вследствие поступления через сопла 8 с помощью насоса 7 рециркуляционного расхода очищенной во флотоотстойнике 3 сточной жидкости, забираемой со штуцера 6 патрубка 5 отвода очищенной сточной жидкости из флотоотстойника 3, весь объем сточной жидкости вращается. Вращение обеспечивается тангенциальным вводом рециркуляционной сточной жидкости через каждое сопло 8, расположенное равномерно по периметру обечайки флотоотстойника в горизонтальной плоскости с патрубками 4 и 9 впуска исходной сточной жидкости и водовоздушной смеси. Производительность и напор насоса 7 подобраны таким образом, чтобы количество движений, создаваемых струями циркуляционной очищенной сточной жидкости из сопел 8, было достаточно для обеспечения вращательного движения объема сточной жидкости внутри флотоотстойника 3, преодоления сопротивления трению воды о внутреннюю поверхность флотоотстойника 3 и ершовую насадку 16, закрепленную в кассете 15.

Струи исходной сточной жидкости и водовоздушной смеси подхватываются вращающейся жидкостью и размываются по всему поперечному сечению флотоотстойника 3. Вследствие коалесценции пузырьков воздуха из мелких пузырьков в более крупные и наличия центробежных, центростремительных и гравитационных сил, действующих на микро- и макропузырьки воздуха, а также прилипания к гидрофобной поверхности пузырьков частиц загрязнений сточной жидкости (гидрофобных или гадрофобизированных с помощью поверхностно-активных веществ) происходит всплытие пенного продукта к пеносборному лотку 17. Периодически или постоянно пенный продукт выводится из пеносборного лотка 17 по трубопроводу 18 на утилизацию.

Поскольку очищаемая сточная жидкость выводится из флотоотстойника 3 вместе с циркулирующей сточной жидкостью из нижней его части через патрубок 5 выпуска, то часть микропузырьков, особенно тех, которые слиплись с частицами загрязнений, имеющими объемный вес больший, чем объемный вес сточной жидкости, движется не вверх, а вместе с потоком сточной жидкости.

Установленная под патрубками 4 и 9 впусков исходной сточной жидкости и водовоздушной смеси кассета 15 с ершовой насадкой 16 находится на пути движения очищаемой сточной жидкости и создает фильтрационную завесу. Поскольку ершовая насадка 16 состоит из смеси гидрофобных капроновых волокон различного диаметра (от 0,015 до 0,4 мм), то как и в прототипе на поверхности гидрофобной насадки происходит коалесценция микро- и макропузырьков комплексов воздух-частица и закрепление их. Учитывая наличие высокоразвитой поверхности у ершовой насадки 16, очень низкое гидравлическое сопротивление протоку жидкости, гарантируется высокая эффективность улавливания волокнистым фильтром ершовой насадки 16 пузырьков воздуха и примесей сточной жидкости.

По мере заиления загрязнениями ершовой насадки 16 при отключенной подаче исходной сточной жидкости через патрубок 4 и выключенном насосе 7 циркуляционной сточной жидкости производится регенерация ершовой насадки 16 продувкой содержимого флотоотстойника 3 воздухом воздуходувки 20 через барботеры 19.

В период регенерации ершовой насадки 16 воздухом при открытом патрубке 5 выпуска очищенной сточной жидкости содержимое флотоотстойника 3 опорожняется в специальную емкость 21 регенерационной сточной жидкости. Функцию емкости 21 регенерационной сточной жидкости может выполнять жироловка или нефтеловушка предварительного до флотации осветления исходной сточной жидкости.

Выполнение поставленных в изобретении задач обеспечивают:

- существенно (в десятки раз) меньшая энергоемкость насоса и компрессора для получения на базе воды питьевого качества водовоздушной смеси высокого давления;

- отсутствие дозирования гидрофобных реагентов и фильтра из гидрофобных материалов со значительным гидравлическим сопротивлением протоку воды (сопротивление ершовой насадки в сотни раз меньше сопротивления зернистого фильтра);

- исключение загрязнения извлекаемого при флотации пенного продукта посторонними примесями, что способствует их утилизации без дополнительной обработки, а следовательно, упрощает эксплуатацию флотоустановки.

Использование насоса и компрессора с давлением более 15 МПа обусловлено необходимостью и целесообразностью сокращения расходования воды питьевого качества до 1...2 литров на 1 м³ очищаемой сточной жидкости. Например, на 1000 м³ сточной жидкости для обеспечения флотации требуется не более 2 м³ воды питьевого качества и не более 10 м³ воздуха. Для сжатия до 15 МПа такого количества воды и воздуха требуется не более 10 кВт-час электроэнергии, а для флотации по прототипу 1000 м³ сточной жидкости понадобятся сотни кВт-час электроэнергии.

Ограничение размеров длины кассеты с ершовой насадкой (не менее 1,5 м) обусловлено низким гидравлическим сопротивлением ершовой насадки (несколько миллиметров на метре длины кассеты). Поэтому для исключения проскока очищаемой сточной жидкости и микро- и макропузырьков воздуха с прилипшими к ним частицами загрязнений через фильтрующую завесу из ершовой насадки минимальная длина кассеты была установлена опытным путем.

Смесь волокон в ершовой насадке может быть подобрана в любом соотношении волокон различного материала и диаметров, поэтому для каждого состава сточных вод и свойств извлекаемых флотацией примесей целесообразно осуществлять подбор состава волокон ершовой насадки, хотя конструктивно флотоустановка не терпит изменений.

Точно также можно варьировать подачей газов компрессором высокого давления (вместо воздуха или в комбинации с воздухом).

Промышленность выпускает небольшие компрессоры высокого давления до 25 МПа для заправки баков аквалангов или водолазных костюмов, которыми можно оснащать предлагаемые флотоустановки.

Очень важно, что образованная с использованием воды питьевого качества водовоздушная смесь не дает крупных пузырьков в течение 1...2 минут при движении по трубопроводу после редукционного клапана, так как в чистой воде отсутствуют примеси - центры для коалесценции гидрофобных пузырьков воздуха и только после смешивания с загрязненной сточной жидкостью коалесценция протекает бурно.

Устройство для флотационной очистки сточных вод, которое может быть использовано на предприятиях пищевой, нефтеперерабытывающей промышленности. Флотоустановка включает флотоотстойник (3) с насадкой для принудительной коалесценции микро- и макропузырьков воздуха, насос (12), компрессор (11) для сжатия воздуха, напорный бак сатуратора (10), редукционный клапан (14), выполненные для работы под давлением не менее 15 МПа, пеносборный лоток (17). Насадка выполнена в виде кассет (15) с ершами (16) длиной не менее 1,5 м с формой поперечного сечения, совпадающей с формой поперечного сечения флотоотстойника (3), размещенных под впуском исходной сточной жидкости (4) и воды с растворенным в ней воздухом (9). Капроновые волокнистые ерши (16) в кассетах (15) закреплены вертикально, с шагом, равным диаметру поперечного сечения ерша, равномерно по всему сечению кассет (15). Флотоотстойник (3) снабжен системой барботеров (19) регенерации ершовой насадки (16), располагаемых под кассетами (15). По внутреннему периметру флотоотстойника (3) на уровне впуска исходной сточной жидкости (4) обечайка флотоотстойника (3) оснащена соплами (8) впусков рециркуляционной очищенной сточной жидкости из выходного патрубка (5) флотоотстойника (3). Сопла (8) сообщены с низконапорным насосом (7), создающим вращательное движение очищаемой сточной жидкости внутри флотоотстойника (3). Технический результат - снижение энергоемкости флотоустановки, упрощение эксплуатации и исключение загрязнения пенного продукта реагентами или инертными примесями. 1 ил.

Флотоустановка для очистки производственных сточных вод, включающая флотоотстойник, напорный бак сатуратора, компрессор и насос с коммуникациями высокого давления, редукционный клапан, удерживающий давление "до себя", пеносборный лоток, гидрофобную поверхность насадки внутри флотоотстойника для принудительной коалесценции микро- и макропузырьков газов в очищаемой сточной жидкости, отличающаяся тем, что напорный бак сатуратора, редукционный клапан, компрессор и насос с коммуникациями выполнены для работы под давлением не ниже 15 МПа, насадка с гидрофобной поверхностью выполнена в виде капроновых волокнистых ершей, размещенных под впуском исходной сточной жидкости и воды с растворенным в ней под высоким давлением воздухом, флотоотстойник снабжен системой барботеров регенерации ершовой насадки, расположенных под кассетой, удерживающей в объеме флотоотстойника ершовую насадку, кассета с ершовой насадкой выполнена длиной не менее 1,5 м и с формой поперечного сечения, совпадающей с формой поперечного сечения флотоотстойника, ерши в кассете закреплены вертикально, с шагом, равным диаметру поперечного сечения ерша, по всему сечению кассеты, по внутреннему периметру флотоотстойника в горизонтальной плоскости на уровне впуска исходной сточной жидкости обечайка флотоотстойника оснащена соплами впусков рециркуляционной очищенной сточной жидкости из выходного патрубка флотоотстойника, сообщенными с низконапорным насосом, создающим вращательное движение очищаемой сточной жидкости внутри флотоотстойника.