УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРИРОВАНИЯ ОЧИЩАЕМОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2010 года по МПК C02F1/40 B01D17/35 

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов.

Известно устройство для аэрирования очищаемой жидкости, содержащее герметичный резервуар с установленной в нем напорной распределительной трубой, выполненной с отверстиями, обращенными к поверхности жидкости, снабженное заглубленными в воду насадками и установленными соосно напорной трубе отбойником в виде короба с патрубком, размещенным под насадками, и двумя установленными один над другим периферийными карманами, нижний из которых соединен трубопроводом с отбойником (SU № 996332, МКИ C02F 1/00, 1981).

Недостаток этого решения - неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод из-за низкой степени их аэрирования.

Известно также устройство для аэрирования очищаемой жидкости, содержащее атмосферный резервуар, во флотирующем отсеке которого размещен кожух, полость которого сообщена с источником сжатого воздуха и снабжена подводящей трубой, сообщенной с хранилищем очищаемой жидкости (см. SU № 1632949, МКИ C02F 1/40, B01D 17/035, 1991).

Недостатком этого решения также является то, что степень насыщения очищаемой воды воздухом ограничивается давлением воздуха в зоне аэрирования, т.е. для повышения степени насыщения необходимо повышать давление в названной зоне, что не всегда целесообразно по конкретным технико-технологическим условиям на месте очистки, поэтому зачастую приходится ограничиваться условиями, диктуемыми рабочими параметрами имеющихся источников сжатого воздуха. Это, в свою очередь, не позволяет обеспечить удовлетворительную степень очистки нефтесодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей, равномерно распределенных по их объему, из-за недостаточно высокого качества аэрирования их объема (степени насыщения, равномерности распределения воздушных пузырьков по объему вод и их дисперсности).

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в повышении степени аэрирования объема очищаемых вод.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в организации процесса подачи дополнительного объема аэрируемого воздуха и повышении эффективности процесса насыщения вод воздухом, поскольку эжектируется воздух, находящийся под избыточным давлением в кратере поверхностного слоя жидкости относительно давления в подвижном кожухе, что обеспечивает повышение степени аэрирования и качества очистки.

Поставленная задача решается тем, устройство для аэрирования очищаемой жидкости, содержащее атмосферный резервуар, во флотирующем отсеке которого размещен кожух, полость которого сообщена с источником сжатого воздуха и снабжена подводящей трубой, сообщенной с хранилищем очищаемой жидкости, отличается тем, что кожух выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси, а его конец выполнен конфузорным, при этом подводящая труба размещена в полости дополнительного кожуха, ее нижний участок заключен в рубашку, выполненную в виде стакана, открытого снизу, причем и дополнительный кожух, и рубашка выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси, кроме того, срез дополнительного кожуха размещен на уровне кромки рубашки с зазором над уровнем очищаемой жидкости в полости кожуха, при этом кромка рубашки снабжена кольцевым отгибом в полость дополнительного кожуха, выполненным в виде кольцевого желоба, причем вертикальная стенка рубашки снабжена рядами сквозных отверстий, выполненных по периметру рубашки, кроме того, верхний ряд отверстий размещен у верхнего торца рубашки, а нижний ряд отверстий размещен у ее кромки на уровне кольцевого желоба, кроме того, полость дополнительного кожуха сообщена с источником сжатого воздуха.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признаки, указывающие на «возможность вертикального осевого перемещения» кожуха, дополнительного кожуха и подводящей трубы, позволяют изменять давление воздуха в кожухе на рабочих режимах, а также геометрические параметры струи рабочей жидкости и воздушного кратера на поверхности жидкости.

Признак «конец кожуха выполнен конфузорным…» позволяет повысить скорость водовоздушной струи и тем самым повысить ее эжектирующие свойства. Кроме того, исключается образование зон рециркуляции водовоздушной струи между осью и кромкой кожуха, поскольку объем вод, введенных ею, сразу оказывается во «флотирующей» зоне.

Признак «…подводящая труба размещена в полости дополнительного кожуха…» обеспечивает перемещение потока жидкости на выходе из сопла подводящей трубы в «оболочке из сжатого воздуха», тем самым решаются проблемы соосности потока жидкости и воздушного кратера.

Признаки, указывающие на то, что «нижний участок дополнительного кожуха заключен в рубашку, выполненную в виде стакана, открытого снизу… кроме того, срез дополнительного кожуха размещен на уровне кромки рубашки, с зазором над уровнем очищаемой жидкости в полости кожуха», обеспечивают повышение давления в потоке воздушной среды при соударении с поверхностью очищаемой жидкости и формировании воздушного кратера, а также повышается интенсивность взаимодействия поверхностных слоев струи рабочей жидкости с воздушным потоком, чем обуславливается интенсивное внедрение воздуха в объем очищаемой жидкости, эжектируемой водяной струей.

Признаки «кромка рубашки снабжена кольцевым отгибом в полость дополнительного кожуха, выполненным в виде кольцевого желоба, причем вертикальная стенка рубашки снабжена рядами сквозных отверстий, выполненных по периметру рубашки, кроме того, верхний ряд отверстий размещен у верхнего торца рубашки, а нижний ряд отверстий размещен у ее кромки на уровне кольцевого желоба…» обеспечивают проход воздуха из полости дополнительного кожуха в полость рубашки и исключают вакуумирование цилиндрической полости между внутренней поверхностью рубашки и внешней поверхностью подводящей трубы.

Признак «… полость дополнительного кожуха сообщена с источником сжатого воздуха…» обеспечивает подвод сжатого воздуха в дополнительный кожух и формирование воздушного кратера с избыточным давлением воздуха в поверхностном слое очищаемой жидкости.

На фиг.1 схематически показан поперечный разрез устройства, на фиг.2 и фиг.3 показаны узлы А и В этого устройства.

На чертежах показаны атмосферный резервуар 1, подводящая труба 2 с сопловым насадком 3, кожух 4, конец 5 которого выполнен конфузорным, отбойник 6, флотирующий отсек 7 с открытыми верхними кромками, зазор 8 между стенками отбойника 6 и внешними стенками резервуара 1, являющийся накопительным отсеком резервуара 1. Кожух 4 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси в отбойнике 6 и крепится в рабочем положении по высоте резьбовыми зажимами 9, установленными на крышке 10 атмосферного резервуара 1. Внутри кожуха 4 размещены центрирующие радиальные косынки 11 с центрирующими кольцами 12, в которых установлен дополнительный кожух 13 с возможностью вертикального осевого перемещения относительно кожуха 4. Его крепление в рабочем положении осуществляют уплотнительным воротником 14, установленным на верхней крышке 15 кожуха 4. Здесь же смонтирован воздушный патрубок с дроссельно-запорным клапаном 16, регулирующий давление воздуха соответственно в кожухе 4 и дополнительном кожухе 13 на рабочих режимах. Внутри дополнительного кожуха 13 размещена подводящая труба 2 рабочей жидкости с возможностью вертикального осевого перемещения. Ее крепление в рабочем положении осуществляют уплотнительным узлом 17 на верхнем днище дополнительного кожуха 13. Нижний участок подводящей трубы 2 заключен в рубашку 18, конец которой выполнен в виде конфузорного насадка 19. Рубашка 18 имеет возможность осевого перемещения вдоль трубы рабочей жидкости 2 и крепится на ней резьбовым узлом 20. Между цилиндрической частью рубашки 18 и конфузорного насадка 19 установлен кольцевой желоб 21. Над верхней плоскостью кольцевого желоба 21 и под резьбовым узлом 20 в вертикальной стенке рубашки 18 по периметру выполнены сквозные отверстия 22. Сквозные отверстия 22, расположенные над верхней плоскостью кольцевого желоба 21, обеспечивают напорный вход воздуха из полости дополнительного кожуха 13 в полость рубашки 18, а сквозные отверстия 22, под резьбовым узлом 20, обеспечивают выход воздуха из полости рубашки 18 в полость дополнительного кожуха 13, что обусловливает встречное движение кольцевого слоя воздуха и напорной рабочей струи жидкости. Возможность осевого перемещения рубашки 18 относительно трубы 2 рабочей жидкости и дополнительного кожуха 13 позволяет изменять длину стабилизированного потока жидкости, истекающей из соплового насадка 3. Центрирование рубашки 18 относительно дополнительного кожуха 13 и трубы рабочей жидкости 2 выполнено установкой центрирующих колец и косынок внутри кожуха 13, аналогично кожуху 4. Срез дополнительного кожуха 13 размещен на уровне конфузорного насадка 19 рубашки 18 подводящей трубы 2, кромка которого размещена на расстоянии от кромки выпускного отверстия кожуха 4. Кроме того, полость дополнительного кожуха 13 сообщена с источником 23 сжатого воздуха. Возможность вертикального осевого перемещения кожуха 4, дополнительного кожуха 13 и подводящей трубы 2 позволяет изменять давление воздуха в кожухе 4 на рабочих режимах, а также геометрические параметры струи рабочей жидкости и воздушного кратера на поверхности жидкости.

Полости кожуха 4 и дополнительного кожуха 13 подключены к источнику сжатого воздуха - компрессору (на фиг.1 не показан). Кроме того, на чертежах показаны отводные патрубки 24 и 25 атмосферного резервуара 1. Отводной патрубок 24 атмосферного резервуара 1 обеспечивает отвод сфлотированного продукта (пены), размещен на стенках резервуара 1 на уровне, соответствующем уровню жидкости в нем, а отводной патрубок 25 осуществляет отвод сфлотированного продукта в камеру 26.

Устройство работает следующим образом.

Рабочие параметры в устройстве доводят до номинала, а именно: флотирующий отсек 7 и атмосферный резервуар 1 заполняют водой до верхних кромок стенок отбойника 6 (целесообразно на этапе запуска использовать очищенную воду).

Подвижный кожух 4 погружают в жидкость на глубину, соответствующую рабочему давлению воздуха в кожухе 4 в процессе аэрации. При этом расположенный в кожухе 4 подвижный дополнительный кожух 13 в сборе с трубой 2 и рубашкой 18 устанавливают по высоте с зазором, между нижним срезом кожуха 13 и конфузором 5 кожуха 4, определяемым режимными параметрами процесса. Рубашку 18 предварительно устанавливают на подводящей трубе 2 с соответствующим зазором среза сопла 3 и среза конфузорного насадка 19 для обеспечения соответствующей рабочему режиму длины стабилизированного участка истекающей струи из сопла 3.

Подают воздух по трубопроводу 23 в кожух 4 при закрытом клапане подачи воздуха на линии 23 в дополнительный кожух 13, вытесняя воду из флотирующего отсека 7 в накопительный 8, с последующим переливом по отводящему патрубку 25 в камеру 26 сфлотированного продукта с последующим ее дренированием. При этом рабочий уровень жидкости в кожухе 4 устанавливается над конфузором 5 кожуха 4, обеспечивая высоту слоя между нижним основанием конфузора и свободной поверхностью жидкости порядка 50-80 мм в зависимости от режимных параметров процесса. Затем подают воздух в дополнительный кожух 13, обеспечивая формирование воздушного кратера определенных геометрических параметров в поверхностном слое жидкости в кожухе 4, и регулируют рабочее давление в кожухе 4 путем дросселирования воздуха через дроссельно-запорный клапан 16 с контролем рабочего давления по манометру в верхней части кожуха.

Подают рабочую жидкость по трубе 2 и регулируют рабочие параметры в устройстве, доводя до номинала, при соответствующих рабочих давлениях воздуха (в пределах 1-2 ата) в кожухе 4.

Воздушная струя, выходящая из нижнего основания дополнительного кожуха 13, формирует на поверхности воды в кожухе 4 воздушный кратер, представляющий собой параболоид вращения, глубина и диаметр которого зависят от скорости воздушной струи, вытекающей из основания дополнительного кожуха 13. В кратер с высокой скоростью из сопла 3 трубы 2 подается струя рабочей жидкости, взаимодействующая с криволинейной поверхностью дна кратера и эжектирующая воздух с повышенным давлением, осуществляя процесс аэрации и последующей флотации.

Возможность осевого вертикального перемещения кожуха 4, подводящей трубы 2 и дополнительного кожуха 13 позволяет изменять геометрические параметры истекающей струи, кратера и изменять степень аэрирования жидкости на рабочих режимах.

Избыточное давление воздуха в кратере в поверхностном слое жидкости, обусловленное дополнительной воздушной струей кожуха 13, обеспечивает повышенную эжектирующую способность водяной струи, вытекающей из соплового насадка 3.

Коэффициент аэрации в предлагаемом устройстве в результате создания благоприятных условий для насыщения очищаемой жидкости воздухом составляет 15-17. Конечная степень очистки воды, обрабатываемой в предлагаемом устройстве, достигает 99%, что указывает на целесообразность применения предлагаемого устройства.

Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод. Подают воздух по трубопроводу 23 в кожух 4 при закрытом клапане подачи воздуха на линии 23 в дополнительный кожух 13, вытесняя воду из флотирующего отсека 7 в накопительный отсек 8, с последующим переливом по отводящему патрубку 25 в камеру 26 сфлотированного продукта. Затем подают воздух в дополнительный кожух 13, обеспечивая формирование воздушного кратера определенных геометрических параметров в поверхностном слое жидкости в кожухе 4. Подают рабочую жидкость по трубе 2 и регулируют рабочие параметры в устройстве. Воздушная струя, выходящая из нижнего основания дополнительного кожуха 13, формирует на поверхности воды в кожухе 4 воздушный кратер, представляющий собой параболоид вращения, глубина и диаметр которого зависят от скорости воздушной струи, вытекающей из основания дополнительного кожуха 13. В кратер с высокой скоростью из сопла 3 трубы 2 подается струя рабочей жидкости, взаимодействующая с криволинейной поверхностью дна кратера и эжектирующая воздух с повышенным давлением, осуществляя процесс аэрации и последующей флотации. Изобретение позволяет повысить степень аэрирования объема очищаемых вод. 3 ил.

Устройство для аэрирования очищаемой жидкости, содержащее атмосферный резервуар, во флотирующем отсеке которого размещен кожух, полость которого сообщена с источником сжатого воздуха и снабжена подводящей трубой, сообщенной с хранилищем очищаемой жидкости, отличающееся тем, что кожух выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси, а его конец выполнен конфузорным, при этом подводящая труба размещена в полости дополнительного кожуха, ее нижний участок заключен в рубашку, выполненную в виде стакана, открытого снизу, причем и дополнительный кожух и рубашка выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси, кроме того, срез дополнительного кожуха размещен на уровне кромки рубашки с зазором над уровнем очищаемой жидкости в полости кожуха, при этом кромка рубашки снабжена кольцевым отгибом в полость дополнительного кожуха, выполненным в виде кольцевого желоба, причем вертикальная стенка рубашки снабжена рядами сквозных отверстий, выполненных по периметру рубашки, кроме того, верхний ряд отверстий размещен у верхнего торца рубашки, а нижний ряд отверстий размещен у ее кромки на уровне кольцевого желоба, кроме того, полость дополнительного кожуха сообщена с источником сжатого воздуха.