ФЛОТАТОР Российский патент 2007 года по МПК C02F1/24 B03D1/14 

Техническое решение относится к устройствам для обработки воды промышленных и бытовых стоков и предназначено для удаления белков, жиров, нефтепродуктов, ПАВ, СПАВ и других аналогичных примесей.

Известно устройство для очистки сточных вод по а.с. СССР №429030, кл. С 02 С 1/26, опубл. в БИ №19, 1974 г. Данное устройство включает корпус, разделенный парными перегородками на камеры и снабженный трубами для подвода водовоздушной смеси, приспособлением для рециркуляции очищенной воды, дозатором коагулянта, скребковым механизмом. В одной из камер установлен закрытый сверху цилиндрический сосуд с тангенциальным подводящим патрубком вверху и раструбом внизу.

К недостаткам известного устройства следует отнести невысокую эффективность очистки воды и большие габариты. Недостатки обусловлены тем, что транспортирующим агентом растворенного воздуха, доставляющим его в корпус устройства для очистки сточных вод, является часть очищенной и вновь возвращаемой на обработку воды. Количество воздуха в единице объема воды ограничено его растворимостью. Поэтому при смешении циркуляционной воды с обрабатываемой величина поверхности раздела фаз «вода-воздух» в единице объема уменьшается, становится недостаточной для полного извлечения загрязняющих компонентов, что в итоге приводит к снижению эффекта очистки воды. Требуется увеличение объемов возвращаемой воды с целью увеличения поверхности раздела фаз «вода-воздух» и повышения концентрации пузырьков воздуха после смешения циркуляционной воды с обрабатываемой. Увеличение объемов находящейся в корпусе устройства обрабатываемой воды за счет циркуляционной, при сохранении времени обработки, приводит к необходимости увеличения габаритов корпуса устройства. Смешение потоков, поступающих из камер в объемы между парными перегородками и вытекающих из труб для подвода водовоздушной смеси, не позволяет добиться равномерного распределения пузырьков, что снижает эффект очистки воды. Для требуемого насыщения пузырьками воздуха всех объемов обрабатываемой воды также необходимо увеличение времени обработки. Таким образом, для качественного смешения необходимо длительное время обработки исходной воды и повышение концентрации воздушных пузырьков, связанные с необходимостью увеличения габаритов корпуса устройства.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является флотатор по а.с. СССР №1212962, кл. С02F 1/24, опубл. в БИ №7, 1986 г., содержащий прямоугольный в плане корпус с парными параллельными перегородками, между которыми размещены трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, механизм для удаления пены с пеносборником и узел вывода отработанной воды с приемным карманом. Парные параллельные перегородки установлены в верхней части корпуса и снабжены расположенными под ними ромбовидными отражателями. Узел вывода снабжен параллельными перфорированными трубами с установленными над ними перевернутыми V-образными желобами, сообщенными с приемным карманом.

Основной недостаток известного флотатора - невысокий эффект очистки, что обусловлено неравномерным распределением водовоздушной смеси по объему, заключенному между параллельными перегородками каждой пары. Пузырьки воздуха выделяются из отверстий трубопроводов для подвода водовоздушной смеси неравномерно. За счет разницы давлений, статического в корпусе флотатора и создаваемого насосом в трубопроводах для подвода водовоздушной смеси, у каждого отверстия возникает перепад давления. Под действием силы, обусловленной перепадом давления, водовоздушная смесь в области отверстий ускоряется и выбрасывается в объем, заключенный между параллельными перегородками каждой пары. Пузырьки воздуха, обладая малой присоединенной массой и, следовательно, незначительной силой инерции, обгоняют окружающий их объем воды и покидают трубопроводы для подвода водовоздушной смеси в первую очередь. Этому процессу способствует расслоение водовоздушной смеси под действием сил гравитации. Пузырьки концентрируются в верхней части внутреннего объема трубопроводов для подвода водовоздушной смеси, то есть в области расположения отверстий. В результате основная их масса выбрасывается из отверстий, расположенных вблизи от впускного участка трубопровода для подвода водовоздушной смеси, что приводит к неравномерному насыщению обрабатываемой воды пузырьками воздуха. Объем воды, циркулирующий в области этих отверстий, в большей мере насыщается пузырьками воздуха по сравнению с объемами воды, поднимающимися вблизи отверстий, расположенных на удалении от впускного участка трубопроводов для подвода водовоздушной смеси. Практически один и тот же выделенный объем воды циркулирует у своего отверстия. Высокое насыщение воздухом одного объема воды и благодаря этому высокое качество его очистки от примесей не может компенсировать низкое качество очистки другого объема воды с малым количеством пузырьков воздуха. Неравномерное насыщение пузырьками воздуха потока воды, поступающего снизу в объем, ограниченный параллельными перегородками каждой пары, снижает степень очистки воды флотатором.

Поставлена задача - повысить эффективность очистки воды за счет более равномерного насыщения всего объема обрабатываемой воды пузырьками воздуха.

Решение поставленной задачи достигается тем, что во флотаторе, содержащем прямоугольный в плане корпус с парными параллельными пластинами, между которыми размещены перфорированные трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, начальные участки которых сообщены со средством/средствами образования водовоздушной смеси, механизм для удаления пены с пеносборником и узел вывода отработанной воды с приемным карманом, согласно техническому решению перфорированные трубопроводы размещены попарно, начальные участки их заглублены относительно заглушенных конечных, отверстия на перфорированных трубопроводах расположены в один ряд на нижней части его цилиндрической поверхности со смещением отверстий одного перфорированного трубопровода пары относительно отверстий другого на расстояние, равное половине расстояния между соседними отверстиями перфорированного трубопровода. Отверстия перфорированных трубопроводов пары обращены навстречу друг другу с углом наклона осей отверстий к горизонтальной плоскости 5°÷30°.

Наклонное расположение перфорированных трубопроводов, при котором начальные их участки расположены ниже заглушенных конечных, позволяет использовать эффект гравитационного расслоения водовоздушной смеси для более равномерного выделения пузырьков из отверстий. Пузырьки перемещаются относительно водной среды (всплывают) вдоль перфорированных трубопроводов от заглубленных начальных участков к заглушенным конечным участкам. Всплытие пузырьков приводит также к их концентрации в верхней части потока, движущегося в перфорированных трубопроводах. Поэтому расположение отверстий на нижней части цилиндрической поверхности перфорированного трубопровода способствует перемещению большего количества пузырьков вдоль этих трубопроводов и выделению их из отверстий, расположенных на удалении от впускного участка перфорированных трубопроводов. В результате большее их количество достигает отдаленных отверстий. Смещение отверстий одного перфорированного трубопровода пары относительно отверстий другого на расстояние, равное половине расстояния между соседними отверстиями перфорированного трубопровода, позволяет равномерно распределить выбрасываемые из отверстий перфорированных трубопроводов пузырьки воздуха по объему корпуса флотатора. Этому же эффекту способствуют парное размещение перфорированных трубопроводов, расположение отверстий в один ряд и выполнение отверстий одного перфорированного трубопровода пары навстречу отверстиям другого перфорированного трубопровода с углом наклона осей отверстий к горизонтальной плоскости 5°÷30°. Дополнительно, парное размещение перфорированных трубопроводов и встречное выполнение отверстий в них препятствуют возникновению вращательного движения обрабатываемой воды в объеме, ограниченном парными параллельными пластинами. Увеличение угла наклона осей отверстий к горизонтальной плоскости более 30° приведет к усилению перемешивания нижних слоев воды в корпусе флотатора и попаданию необработанной, содержащей примеси воды в дренажную систему. Наоборот, выполнение угла наклона осей отверстий к горизонтальной плоскости до 5° приведет к сокращению количества пузырьков, транспортируемых вдоль перфорированных трубопроводов к отверстиям, расположенным на удалении от впускного участка.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером исполнения и чертежами, где на:

фиг.1 показана схема общего вида флотатора (продольный разрез);

фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;

фиг.3 - вид Б на фиг.1.

Флотатор содержит прямоугольный в плане корпус 1 (фиг.1), внутри которого размещены парные параллельные пластины 2 (далее - пластины 2, на фиг.1 показана одна пара пластин 2). Пластины 2 ограничивают определенный объем флотатора, в котором расположены перфорированные трубопроводы 3 для подвода водовоздушной смеси (далее - перфорированные трубопроводы 3). Перфорированные трубопроводы 3 установлены попарно под углом к горизонтальной плоскости. Начальные участки перфорированных трубопроводов 3 расположены ниже заглушенных конечных участков и сообщены со средством/средствами образования водовоздушной смеси (на фиг.1 не показаны). В качестве средства/средств образования водовоздушной смеси может служить один общий эжектор, питающий перфорированные трубопроводы 3 пары (фиг.1) или несколько по числу перфорированных трубопроводов 3. На нижней части цилиндрической поверхности каждого перфорированного трубопровода 3 расположен один ряд отверстий (фиг.1, 3). Отверстия одного перфорированного трубопровода 3 пары смещены относительно отверстий другого перфорированного трубопровода 3 пары на расстояние, равное половине расстояния между его соседними отверстиями. Отверстия перфорированных трубопроводов 3 пары обращены навстречу друг другу с углом наклона осей отверстий к горизонтальной плоскости 5°÷30° (фиг.2).

Вверху, над корпусом 1, установлен механизм 4 для удаления пены с пеносборником 5, имеющим патрубок 6 для удаления пены, которые размещены на внешней стороне корпуса 1 флотатора. Также на внешней стороне корпуса 1 находится узел вывода обработанной воды, состоящий из приемного кармана 7, расположенного в нем шибера 8, служащего для поддержания постоянного уровня воды в корпусе 1, и патрубка 9 для удаления обработанной воды (фиг.1). Дренажной системой 10 полость корпуса 1 сообщена с приемным карманом 7. Плоское днище корпуса 1 выполнено с наклоном в сторону приемного кармана 7. У днища корпуса 1 предусмотрен трубопровод 11 для удаления несфлотированных примесей.

Флотатор работает следующим образом. Средство/средства образования водовоздушной смеси смешивают исходную воду с воздухом и образованную водовоздушную смесь под давлением по подающему трубопроводу (на фиг.1 и 3 не показан) направляют в перфорированные трубопроводы 3. По ходу движения водовоздушной смеси по перфорированным трубопроводам 3 происходит ее выброс из отверстий в объем, ограниченный пластинами 2 (фиг.2, 3). За счет подъема заглушенных конечных участков перфорированных трубопроводов 3 относительно начальных происходит расслоение водовоздушной смеси и дополнительное перемещение пузырьков воздуха вдоль перфорированных трубопроводов 3. Расположение отверстий на нижней части цилиндрической поверхности перфорированных трубопроводов 3 позволяет избежать подавляющего выделения пузырьков воздуха в первых по ходу движения водовоздушной смеси отверстиях. За счет указанных эффектов пузырьки воздуха равномерно выделяются из всех отверстий перфорированных трубопроводов 3. Расположение отверстий одного перфорированного трубопровода 3 пары со смещением относительно отверстий другого перфорированного трубопровода 3 пары на расстояние, равное половине расстояния между его соседними отверстиями, позволяет струям воды с мелкими пузырьками воздуха охватить весь объем, ограниченный пластинами 2. Этому же эффекту способствует выполнение отверстий одного перфорированного трубопровода 3 пары навстречу отверстиям другого перфорированного трубопровода 3 и с углом наклона осей отверстий к горизонтальной плоскости 5°÷30°. Концентрация пузырьков вблизи начального участка перфорированного трубопровода 3 будет равна концентрации пузырьков в объеме воды, находящемся у его заглушенного конечного участка. Далее поток, за счет разности плотностей водовоздушной смеси между пластинами 2 и воды между пластинами 2 и корпусом 1, практически не содержащей воздушных пузырьков, поднимается вверх и изливается под уровень воды над верхними кромками пластин 2. Во время движения потока происходит образование флотационных комплексов «пузырек - извлекаемая частица». При выходе из объема, ограниченного пластинами 2, поток делится на две части и изменяет направление движения на противоположное. Движение смеси в непосредственной близости от уровня ее во флотаторе создает благоприятные условия для выделения несущих нагрузку пузырьков на поверхность. В результате образуется слой пены. Механизмом 4 для удаления пены она транспортируется в пеносборник 5 и самотеком удаляется через патрубок 6. Освобожденный от основной массы пузырьков поток движется вниз по каналам, образованным пластинами 2 и корпусом 1. При достижении потоком нижних кромок пластин 2 часть его снова увлекается в пространство между указанными пластинами 2. Поступившая снизу в пространство между пластинами 2 эта часть потока проходит повторный цикл насыщения пузырьками воздуха. Другая часть потока достигает дренажной системы 10 и по ее вертикальному трубопроводу поступает в приемный карман 7, где переливается через шибер 8. Подъемом и опусканием шибера 8 уровень воды в корпусе 1 выводится на требуемую высоту. После перелива через шибер 8 очищенная вода удаляется по трубопроводу (на фиг.1 не показан), присоединенному к патрубку 9 приемного кармана 7. Другая часть воды с несфлотированными примесями удаляется по трубопроводу 11 дренажной системы 10.

Флотатор для обработки воды промышленных и бытовых стоков, для удаления белков, жиров, нефтепродуктов, ПАВ, СПАВ и т.п. примесей. Флотатор содержит прямоугольный в плане корпус (1) с парными параллельными пластинами (2), между которыми размещены перфорированные трубопроводы (3) для подвода водовоздушной смеси, начальные участки которых сообщены со средствами образования водовоздушной смеси, механизм (4) для удаления пены с пеносборником (5) и патрубком (6) для удаления пены, узел вывода обработанной воды с приемным карманом (7) и расположенным в нем шибером (8), патрубок (9) для удаления обработанной воды, дренажную систему (10) и трубопровод (11) для удаления несфлотированных примесей. Перфорированные трубопроводы (3) размещены наклонно и попарно, причем начальные участки их заглублены относительно заглушенных конечных. Отверстия в этих трубопроводах (3) расположены в один ряд на нижней части их цилиндрической поверхности со смещением отверстий одного перфорированного трубопровода (3) пары относительно отверстий другого на расстояние, равное половине расстояния между соседними отверстиями перфорированного трубопровода (3). Отверстия перфорированных трубопроводов (3) пары обращены навстречу друг другу с углом наклона осей отверстий к горизонтальной плоскости 5°÷30°. Технический результат - повышение эффективности очистки воды за счет более равномерного насыщения всего объема обрабатываемой воды пузырьками воздуха. 3 ил.

Флотатор, содержащий прямоугольный в плане корпус с парными параллельными пластинами, между которыми размещены перфорированные трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, начальные участки которых сообщены со средствами образования водовоздушной смеси, механизм для удаления пены с пеносборником и узел вывода обработанной воды с приемным карманом, отличающийся тем, что перфорированные трубопроводы расположены наклонно и попарно, причем начальные участки их заглублены относительно заглушенных конечных, отверстия в перфорированных трубопроводах расположены в один ряд на нижней части их цилиндрической поверхности со смещением отверстий одного перфорированного трубопровода пары относительно отверстий другого на расстояние, равное половине расстояния между соседними отверстиями перфорированного трубопровода, при этом отверстия перфорированных трубопроводов пары обращены навстречу друг другу с углом наклона осей отверстий к горизонтальной плоскости 5÷30°.