УСТАНОВКА ДЛЯ ФЛОТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2007 года по МПК C02F1/24 B03D1/14 

Изобретение относится к устройствам для флотационной очистки воды и может быть использовано в схемах очистки производственных сточных вод, содержащих нефтепродукты, жиры и другие загрязнения, а также водоподготовки для различных нужд.

Известно устройство для флотационной очистки сточных вод (свидетельство РФ на полезную модель №22663, МПК C02F 1/24, опубл. 20.04.2002 г.), содержащее флотационную камеру, насос, патрубки подвода и отвода жидкости, включенный в байпасную линию эжектор с диффузором, соплом и штуцерами для подачи и химреагентов и вакуумирования эжектора, при этом штуцер для подачи химреагентов установлен напрямую в эжекторе, а штуцер для вакуумирования эжектора сообщен с атмосферой; сопло эжектора соединено с напорной линией подачи сточной воды, а диффузор эжектора соединен с всасывающей линией подачи сточной воды.

Однако в данном устройстве наблюдается недостаточная скорость процесса хлопьеобразования, что приводит к необходимости увеличивать размеры сатуратора и флотационной камеры. Кроме того, затруднен запуск насосного агрегата в условиях, когда приемный резервуар расположен ниже уровня насоса.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для флотационной очистки воды по технической сущности и достигаемому результату является компрессионная флотационная установка (а.с. СССР №789399, МПК C02F 1/24, опубл. 23.12.1980 г.), включающая сатуратор, соединенный трубопроводами с флотационной камерой, эжектором и насосом; при этом трубопровод, соединяющий сатуратор с эжектором, подсоединен к трубопроводу, соединяющему сатуратор с флотационной камерой, а эжектор подсоединен к всасывающему трубопроводу насоса.

Однако установка эжектора на всасывающей линии насоса приводит к недостаточной степени смешения водовоздушной среды, поступающей от эжектора, с исходной сточной водой; при этом не предусмотрено введение химреагентов, что не обеспечивает требуемую степень очистки воды.

Цели изобретения - ускорение процесса хлопьеобразования загрязнений и качественное смешение нескольких сред в процессе подготовки очищаемой жидкости к флотации.

Поставленная цель достигается тем, что в установке для флотационной очистки воды, содержащей флотационную камеру, сатуратор, насосный агрегат, напорный трубопровод которого соединен с сатуратором, струйный эжектор, подсоединенный к напорному трубопроводу сатуратора, а сатуратор связан напорным трубопроводом с флотационной камерой, всасывающий трубопровод с обратным клапаном, согласно изобретению струйный эжектор установки на входе насосного агрегата по оси симметрии последнего, установка струйного эжектора на входе насосного агрегата осуществлена с помощью переходника, к которому тангенциально подсоединен всасывающий трубопровод, диффузор струйного эжектора выполнен цилиндрическим с образованием кольцевого зазора между диффузором и стенкой переходника, при этом отношение площади кольцевого зазора, образованного цилиндрическим диффузором эжектора и стенкой переходника, к площади сечения всасывающего трубопровода, принято, как 3:2, вакуумная камера струйного эжектора оснащена двумя патрубками подвода атмосферного воздуха и химического реагента, напорный трубопровод насосного агрегата подведен в верхнюю часть сатуратора, а напорный трубопровод струйного эжектора выведен из нижней части сатуратора.

На чертеже представлена схема установки для флотационной очистки воды.

Установка содержит флотационную камеру 16, насосный агрегат 1, напорный трубопровод которого 5 соединен с сатуратором 6 в верхней части последнего, струйный эжектор 2 с вакуумной камерой 10, переходящей в диффузор 12. Вакуумная камера 10 эжектора 2 жестко связана с цилиндрическим переходником 3, который смонтирован на входе насосного агрегата 1 по оси симметрии последнего, причем к переходнику 3 подсоединен тангенциально всасывающий трубопровод 4 с обратным клапаном 15 для подачи очищаемой воды в систему.

Струйный эжектор 2 содержит также активное сопло 11 подачи рабочего потока в насосный агрегат 1, патрубок 13 забора атмосферного воздуха и патрубок 14 ввода химреагента. Сопло 11 эжектора 2 подсоединено к трубопроводу 8 подачи водовоздушной смеси, истекающей из нижней части сатуратора 6. Трубопровод 9 служит для подачи смеси различных сред во флотационную камеру 16.

Сатуратор 6 имеет в верхней части клапан 7 сброса избыточного воздуха.

Установка работает следующим образом.

Поток смеси, состоящий из очищаемой жидкости, атмосферного воздуха и раствора химреагента, например коагулянта, подается насосным агрегатом 1 по напорной линии 5 в верхнюю часть сатуратора 6, а из нижней его части водовоздушная смесь отводится двумя потоками: один поток по трубопроводу 9 подается во флотационную камеру 16, а другой поток по трубопроводу 8 - на байпасную линию к соплу 11 эжектора 2, смонтированного с помощью переходника 3 на входе насосного агрегата 1.

Скоростная напорная струя водовоздушной смеси, истекающая из конфузора сопла 11 эжектора 2, создает разрежение в вакуумной камере 10 эжектора, за счет чего в камеру 10 подсасываются атмосферный воздух и раствор химреагента через патрубки 13 и 14 соответственно.

В момент удара струи активного потока, истекающей из сопла 11, в стенку диффузора 12 достигается благоприятный эффект диспергирования потока, сопровождающийся образованием большого количества мелкодисперсных капель жидкости и повышенной растворимостью подсасываемого атмосферного воздуха.

Указанные выше важные обстоятельства, особенно диспергирование, обеспечивают повышенную скорость реакций растворения химических реагентов в потоке взаимодействующих компонентов, что приводит к спонтанному зарождению большого количества центров коагуляции загрязнений, обеспечивающему высокоскоростное развитие процесса хлопьеобразования в очищаемой жидкости.

Эффект ускоренного хлопьеобразования усиливается и в связи с тем, что рабочий поток водовоздушной смеси, поступающей из сатуратора 6 по трубопроводу 8 в эжектор 2, содержит гидролизованные частицы коагулянта, которые являются дополнительными центрами (зародышами) процесса коагуляции загрязнений.

Усилению эффекта хлопьеобразования способствует и процесс смешения всех составляющих потока, осуществляемый сначала в диффузоре 12 эжектора 2 (первая стадия смешения), затем в переходнике 3 и на входе в приемную камеру насоса 1 (вторая стадия смешения).

Окончательное смешение составляющих осуществляется в напорном трубопроводе 5 (третья стадия смешения).

При этом эффект смешения четырех сред (очищаемой воды, атмосферного воздуха, химреагента и активного потока смеси, поступающего из напорного трубопровода 8 эжектора 2) усиливается в полости насоса за счет введения очищаемой жидкости (по трубопроводу 4) тангенциально относительно перемешанному потоку трех сред (атмосферного воздуха, химреагента и потока, поступающего из сопла эжектора), истекающему из диффузора 12 эжектора 2. Закрученный поток очищаемой жидкости существенно «притормаживает» рабочий смешанный поток трех сред, истекающий из диффузора 12 эжектора 2, как специально создаваемое гидравлическое сопротивление на входе в полость насоса 1.

При этом в правой части переходника 3 происходит активный массообмен между составляющими двух потоков с разбавлением трехкомпонентной среды очищаемой жидкостью (четвертой составляющей перемешиваемой среды) с получением однородного состояния. Такая однородная среда затем поступает в сатуратор 6 по напорному трубопроводу 5, где дополнительно пересыщается воздухом. Последнее важное обстоятельство обусловлено не только насыщением жидкости воздухом посредством эжектора в совокупности с исходной концентрацией воздуха в очищаемой жидкости, но и эффективным использованием воздуха по назначению в процессах массообмена, происходящих в сатураторе, благодаря заявленной новой конструкции последнего (см. заявку на изобретение №20031102013 от 10.04.2003 г. «Устройство для насыщения жидкости газом»).

На выходе из сатуратора рабочий поток разделяется на две ветви: по трубопроводу 8 поступает в эжектор 2, а по трубопроводу 9 - во флотационную камеру 16. При этом цикл обработки непрерывно повторяется.

Таким образом, размещение эжектора 2 с переходником 3 на входе насосного агрегата 1 позволяет осуществить одновременное введение в систему очистки не менее 4-х составляющих, формирующих единый поток, эффективное перемешивание трех компонентов, последующее разбавление полученной смеси четвертым компонентом (очищаемой жидкостью) и их предварительное перемешивание в переходнике 3 с окончательным смешением в полости насоса. При этом повышенный эффект смешения связан и с ускоренным прохождением процессов хлопьеобразования, реализуемых в очищаемой жидкости в системе «эжектор с переходником - насосный агрегат».

Создание многофункциональной малогабаритной конструкции в совокупности с возможностями сатуратора (конструкция по заявке на изобретение №20031102013 от 10.04.2003 г.) позволяет осуществить весь комплекс необходимых подготовительных химических, гидродинамических и технологических процессов в очищаемой жидкости, обеспечивающих повышенную степень очистки сточных вод во флотационной камере; при этом характерной отличительной особенностью подготовки очищаемой жидкости является ускоренный и поэтапный процесс хлопьеобразования с параллельно идущим эффективным (постадийным) смешением составляющих рабочей среды, что позволяет в совокупности достичь цели изобретения.

Анализ отличительных признаков по критерию «существенные отличия» показал нижеследующее.

1. Установка струйного эжектора непосредственно на входе насосного агрегата повышает скорость ввода жидкости через всасывающий трубопровод, усиливая ее подсос в полость насосного агрегата, обеспечивает подачу напорной струи водовоздушной среды, истекающей из сопла эжектора, напрямую в полость насоса, способствует осуществлению качественного предварительного смешения активного потока, истекающего из сопла, с поступающей очищаемой жидкостью перед входом в полость насоса, поскольку активный поток, истекая из диффузора, сразу поступает в зону смешения с засасываемой очищаемой жидкостью. Это важное обстоятельство предотвращает расслоение активного потока водовоздушной смеси до подхода к полости насоса, создавая благоприятные условия для развития процесса последующего смешения всех составных частей объединяющегося потока.

Кроме того, установка струйного эжектора на входе насосного агрегата обеспечивает запуск последнего при отсутствии вакуумной емкости и устойчивую его работу, поскольку водовоздушная смесь посредством эжектора вводится для запуска насоса в его всасывающий трубопровод. При этом обеспечивается режим самовсасывания за счет создания дополнительного разрежения на входе в насос.

Таким образом, размещение струйного эжектора на входе насосного агрегата, как отличительный признак установки для очистки воды, из патентной и технической литературы не известен, что позволяет считать его новым и существенным.

2. Использование переходника в качестве устройства, непосредственно связывающего в единый узел струйный эжектор и насосный агрегат, позволяет конструктивно создать камеру предварительного смешения активного водовоздушного потока, истекающего из сопла эжектора и очищаемой жидкости, а за счет тангенциального подсоединения к переходнику всасывающего трубопровода существенно увеличить эффект предварительного смешения в условиях ввода и движения очищаемой жидкости в виде закрученного потока. Данный эффект связан с обеспечением достаточного времени взаимодействия контактирующих сред, приводящего к активации процесса массобмена и увеличению степени смешения. Данный признак из патентной и технической литературы не известен, что позволяет считать его новым и существенным.

3. Выполнение диффузора эжектора в виде цилиндра с образованием кольцевого зазора между диффузором и стенкой переходника обеспечивает, во-первых, сжатие струи активного потока, истекающего из сопла, совместно с вовлекаемыми в диффузор через вакуумную камеру атмосферным воздухом и раствором химреагента, подготовку потенциальных условий для реализации кинетики последующего спонтанного расширения и смешения трех составляющих потока после среза диффузора в совокупности с процессом предварительного смешения с очищаемой жидкостью, поступающей в переходник через всасывающий трубопровод. Во-вторых, наличие относительно небольшого кольцевого зазора между диффузором и стенкой переходника усиливает эффект подсоса очищаемой жидкости из всасывающего трубопровода струей активного потока и в сочетании с возможностью тангенциального ввода очищаемой жидкости в виде закрученной струи в указанный выше кольцевой зазор, существенно повышает качество предварительного смешения в правой части переходника. Указанный выше признак из патентной и технической литературы не известен, что позволяет считать его новым и существенным.

4. Выбор отношения площади сечения кольцевого зазора, образованного между диффузором и стенкой переходника, к площади сечения всасывающего трубопровода, как 3:2 позволяет обеспечить относительно невысокую скорость потока всасываемой жидкости в полости переходника, что благоприятно сказывается на формировании устойчивого закрученного потока в кольцевом зазоре между переходником и диффузором; при этом соблюдается требование наличия постоянной площади сечения всасывающего трубопровода. Уменьшение указанного выше соотношения (менее чем 3:2) создает неоправданное дополнительное гидравлическое сопротивление во всасывающем трубопроводе. Кроме того, это способствует увеличению осевой скорости поступающего из всасывающего трубопровода потока в кольцевом зазоре, что приводит к неравномерности скоростей жидкости в кольцевом зазоре и образования воздушных полостей за счет расслоения водовоздушной смеси, поступающей в переходник из диффузора, что нарушает устойчивую работу эжектора и насоса. Увеличение указанного выше соотношения (более чем 3:2) приводит к уменьшению радиальной скорости закрученного потока в зоне предварительного смешения (правая часть переходника) водовоздушной смеси и исходной очищаемой жидкости. Создание конструктивно кольцевого зазора определенной площади сечения по отношению к площади сечения подводящего трубопровода, обеспечивающего ввод жидкости в данный кольцевой зазор, в гидравлике известно, однако в совокупности с новыми и существенными признаками (см. п.1, 2, 3) этот признак позволяет достичь цели изобретения, что делает его существенным.

5. Оснащение вакуумной камеры эжектора патрубками подвода атмосферного воздуха и химреагента позволяет не только одновременно вводить в активный поток требуемые пассивные компоненты, но и одновременно осуществлять предварительное смешение трех сред в диффузоре, что положительно влияет на конечную стадию процесса смешения, по сравнению с последовательным вводом пассивных компонентов в активный поток, известным в технике, требующим дополнительной циркуляции жидкости в системе для обеспечения необходимого качества смешения. Данный признак известен в струйной технике, однако в совокупности с новыми и существенными признаками (см. 1, 2, 3, 4) позволяет достичь цели изобретения, что делает его существенным.

6. Подвод напорного трубопровода насоса в верхнюю часть сатуратора и вывод готовой среды из нижней части сатуратора обеспечивает неразрывность потока рабочей активной среды на входе в сопло эжектора за счет отсутствия в нижней части сатуратора крупных пузырьков воздуха, при в этом на эжектор поступает уже подготовленная рабочая среда, содержащая скоагулированные частицы загрязнений, которые являются катализатором ускорения процесса хлопьеобразования.

Использование изобретения позволяет получить дополнительные преимущества, а именно: минимизировать объем флотационной камеры и сатуратора, обеспечить нормальную работу установки при относительно низких температурах окружающей среды, осуществлять запуск насосного агрегата без использования вакуумной емкости и устойчивую работу в технологическом режиме.

(57) Изобретение относится к устройствам для флотационной очистки воды и может быть использовано для очистки производственных сточных вод, содержащих нефтепродукты, жиры и другие загрязнения, а также водоподготовки для различных нужд. Установка для флотационной очистки воды содержит флотационную камеру (16), сатуратор (6), насосный агрегат (1), напорный трубопровод которого подведен в верхнюю часть сатуратора (6), струйный эжектор (2) и всасывающий трубопровод (4) с обратным клапаном (15). Струйный эжектор (2) установлен на входе насосного агрегата (1) по оси симметрии последнего. Напорный трубопровод (8) струйного эжектора (2) выведен из нижней части сатуратора (6). Сатуратор (6) связан этим трубопроводом и с флотационной камерой (16). Вакуумная камера (10) струйного эжектора (2) оснащена патрубками подвода атмосферного воздуха (13) и химического реагента (14). Установка струйного эжектора (2) на входе насосного агрегата (1) осуществлена с помощью переходника (3), к которому тангенциально подсоединен всасывающий трубопровод (4). Диффузор (12) струйного эжектора (2) выполнен цилиндрическим, с образованием кольцевого зазора между диффузором (12) и стенкой переходника (3). Отношение площади сечения кольцевого зазора к площади сечению всасывающего трубопровода (4) принято как 3:2. Технический результат - повышение скорости реакции растворения химических реагентов в потоке взаимодействующих компонентов, ускорение процесса хлопьеобразования в очищаемой жидкости. 1 ил.

Установка для флотационной очистки воды, содержащая флотационную камеру, сатуратор, насосный агрегат, напорный трубопровод которого подведен в верхнюю часть сатуратора, струйный эжектор, вакуумная камера которого оснащена патрубками подвода атмосферного воздуха и химического реагента, напорный трубопровод струйного эжектора выведен из нижней части сатуратора, последний связан этим трубопроводом и с флотационной камерой, струйный эжектор установлен на входе насосного агрегата по оси симметрии последнего, и всасывающий трубопровод с обратным клапаном, отличающаяся тем, что установка струйного эжектора на входе насосного агрегата осуществлена с помощью переходника, к которому тангенциально подсоединен всасывающий трубопровод, диффузор струйного эжектора выполнен цилиндрическим с образованием кольцевого зазора между диффузором и стенкой переходника, при этом отношение площади сечения кольцевого зазора, образованного цилиндрическим диффузором эжектора и стенкой переходника, к площади сечения всасывающего трубопровода принято как 3:2.