УСТАНОВКА И СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ФЛОТАЦИЕЙ Российский патент 2013 года по МПК B03D1/14 C02F1/26 

Область техники

Область изобретения - установки для осветления обрабатываемой воды. Более точно, изобретение относится к установкам для очистки воды, в которых используется способ флотации.

Известный уровень техники

Установка для флотационной очистки воды по известной технологии показана на фигуре 1.

Такая установка осветления включает зону коагуляции и зону флокуляции (не показана). В зоне коагуляции один или несколько коагуляторов (например, полихлорид алюминия, сульфат алюминия, хлористое железо и т.д.) вводятся в обрабатываемую воду до того, как эта вода будет направлена в зону флокуляции.

Флокуляция представляет собой физико-химический процесс, цель которого - изменить состояние коллоидных частиц во взвешенном состоянии в воде таким образом, что частицы свертываются друг с другом и выпадают в виде хлопьев.

Как показано на фигуре 1, такая установка флотационной очистки включает зону смешивания 1 в нижней части, в которую вводится обрабатываемая вода в виде восходящего потока, которая предварительно была подвергнута коагуляции и флокуляции (стрелка А), и затем вода под давлением (стрелка В) с последующим сбросом давления так, что формируются микропузырьки воздуха. Как показано стрелкой С, пузырьки воздуха, которые сформированы таким образом, позволяют донести до поверхности зоны смешивания все частицы во взвешенном состоянии, собранные на пузырьках воздуха. Смесь частиц, агломерированных на пузырьках воздуха, формирует слой пузырьков 2, или пены, который перемещается к поверхности зоны смешивания 1 и зоны флотации 3.

Эти частицы, собранные на пузырьках воздуха, затем могут быть удалены (стрелка D) из верхней части зоны флотации 3.

Отбор осветленной воды выполняется в нижней части зоны флотации 3, например, с помощью перфорированной трубы 4, соединенной с трубопроводами 5, или любыми другими средствами.

Недостатки известной технологии

Недостатки этой известной технологии связаны с конструкцией зоны смешивания. Действительно, эта зона смешивания не обеспечивает равномерный контакт обрабатываемой воды, которая была предварительно коагулирована и флокулирована, затем вода находилась под давлением с последующим сбросом давления по всему горизонтальному сечению зоны смешивания. Такое отсутствие равномерного контакта наблюдается независимо от величины расхода обрабатываемой воды, качества обрабатываемой воды и величины расхода воды под давлением и затем под вакуумом.

Такой недостаток равномерного контакта в целом приводит к нарушению агломерации частиц во взвешенном состоянии в обрабатываемой воде с микропузырьками воздуха, которые снижают эффективность обработки воды.

Другое неудобство этой известной технологии связано с конструкцией зоны флотации. Действительно, вещество во взвешенном состоянии, агломерированное с пузырьками воздуха, приводит к появлению обратных потоков в зоне забора очищенной воды.

Следовательно, такое явление может вызвать передачу вещества во взвешенном состоянии, агломерированное с микропузырьками, в поток осветленной воды. Следовательно, собранная осветленная вода содержит примеси, и эффективность устройства, таким образом, снижается.

Кроме того, слой вещества во взвешенном состоянии, агломерированного с пузырьками воздуха, который формируется на поверхности зоны флотации, может достигнуть высоты, близкой к высоте зоны флотации, которая вместе с явлением обратных потоков способствует передаче примесей в воду в зоне забора очищенной воды.

Эти обратные потоки показаны на фигуре 2, на которой представлены векторы скорости 21 потока воды, находящиеся в зоне флотации. На этой фигуре 2 можно видеть, что очищенная вода стремиться подняться к верхней части зоны флотации, где расположен слой пузырьков воздуха. Осветленная вода затем смешивается с пузырьками воздуха, первоначально нагруженными частицами во взвешенном состоянии в обрабатываемой воде, прежде чем быть перейти к основанию зоны флотации.

Цели изобретения

Изобретение, в частности, имеет целью преодолеть недостатки известной технологии.

Более точно, цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ обработки воды, который позволяет оптимизировать процесс осветления воды флотацией.

Другая цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ осветления воды флотацией, который позволяет получить однородную смесь обрабатываемой воды и воды под давлением и затем воды под вакуумом.

Изобретение также имеет целью осуществить такой способ, который позволяет предотвратить появление обратных потоков в зоне забора очищенной воды.

Еще одна цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить такой способ, который при его осуществлении надежен, прост и экономичен.

Описание изобретения

Изобретение относится к установке для флотационной очистки воды, содержащей, по меньшей мере:

- одну входную зону для обрабатываемой воды, которая предварительно подвергнута коагуляции и флокуляции;

- одну зону смешивания воды под давлением и затем воды под вакуумом с указанной обрабатываемой водой;

- одну зону флотации, отделенную стенкой от указанной зоны смешивания;

- одну зону забора очищенной воды, предусмотренную в нижней части указанной зоны флотации.

Согласно изобретению указанная зона смешивания имеет, по меньшей мере, одну распылительную форсунку для распыления указанной воды под давлением, при этом указанная распылительная форсунка расположена около панели, по меньшей мере, одна часть которой имеет перфорацию, и которая разделяет указанную входную зона и указанную зону смешивания.

Таким образом, изобретение состоит из вставки перфорированной панели между входной зоной обрабатываемой воды и зоной смешивания. Пропускание обрабатываемой воды через перфорированную панель позволяет гомогенизировать и фрагментировать поток обрабатываемой воды. Это обеспечивает равномерный контакт между обрабатываемой водой и микропузырьками воздуха, сформированными в зоне смешивания, создание давления и затем сброса давления воды по всему горизонтальному сечению зоны смешивания, что позволяет улучшить агломерацию частиц во взвешенном состоянии с микропузырьками воздуха в обрабатываемой воде.

Кроме того, изобретение позволяет нейтрализовать гидравлический проскок, снижающий эффективности из-за недостаточного контакта между частицами во взвешенном состоянии и пузырьками воздуха.

Следовательно, создание такой перфорированной панели согласно изобретению позволяет оптимизировать обработку воды флотацией и улучшить качество осветленной воды, собранной в конце цикла обработки.

По наиболее выгодной характеристике указанная панель установлена, в основном, горизонтально.

В этом случае поток обрабатываемой воды, в основном, является нисходящим потоком, проходящим через панель. Если хлопья, которые сформированы во время коагуляции/флокуляции, являются стойкими, вода под давлением предпочтительно распыляется противотоком к обрабатываемой воде. Распылительные форсунки, в основном, расположены вертикально таким образом, что вода под давлением распыляется в первоначально падающем потоке.

Если хлопья, которые сформировали, являются хрупкими, форсунки размещены таким образом, что вода под давлением распыляется параллельно потоку обрабатываемой воды, т.е. таким способом, по которому вода под давлением распыляется в соответствии с первоначально восходящим потоком.

По другой выгодной характеристике указанная панель установлена, в основном, вертикально.

В этом случае, распылительные форсунки расположены, в основном, горизонтально таким образом, что вода под давлением распыляется в первоначально горизонтальном потоке. Только направление распыления является различным (параллельный поток или противоток) в зависимости от того, являются ли хлопья хрупкими или стойкими.

В других условиях панель может быть наклонной.

Согласно предпочтительному примеру воплощения, установка для очистки воды согласно изобретению содержит пластину, формирующую брызговик, в основном, параллельный указанной панели, который проходит между указанной панелью и указанной форсункой и у которого, по меньшей мере, одна часть имеет первые отверстия.

Использование такой пластины, формирующей брызговик, позволяет улучшить фрагментацию потока обрабатываемой воды и, таким образом, обеспечить равномерный контакт между микропузырьками воздуха и обрабатываемой водой в зоне смешивания.

Предпочтительно, указанные первые отверстия указанной пластины расположены в сплошной части указанной панели.

Это позволяет создать дефлекторы, через которые должна пройти обрабатываемая вода прежде, чем она попадет в зону смешивания. Наличие таких дефлекторов также позволяет улучшить фрагментацию потока обрабатываемой воды.

Полезно, чтобы указанная пластина имела бы вторые отверстия, которые расположены над указанной перфорацией указанной панели.

Эти вторые отверстия, также называемые очищающими отверстиями, позволяют оптимизировать гомогенизацию потока обрабатываемой воды.

Согласно предпочтительному варианту описываемого здесь способа, каждая из указанных распылительных форсунок расположена, в основном, по оси одной из указанных перфораций указанной панели.

Это позволяет получить оптимальную смесь между потоками обрабатываемой воды и воды под давлением. Однако согласно альтернативному решению, при котором перфорации панели имеют относительно небольшой размер, соответствие между каждой распылительной форсункой и перфорацией панели для получения удовлетворительной смеси не требуется.

Полезно, когда установка для очистки воды согласно изобретению включает первую и вторую распределительные сети указанной воды под давлением в соответствии с двумя различными значениями расхода.

Этот подход позволяет распылять воду под давлением в зависимости от расхода Q1 через первую сетку, в зависимости от расхода Q2 через вторую сетку и в зависимости от расхода Q3, равного сумме расходов Q1 и Q2, когда эти две сети работают одновременно. Величина расхода может быть выбрана, например, в зависимости от объема обрабатываемой воды и/или в зависимости от ее качества. Предпочтительно, чтобы указанная форсунка была бы связана с указанной первой и второй распределительными сетями.

Такие форсунки, также называемые двойными форсунками, потому что они соединены непосредственно с этими двумя сетями, также могут использоваться вместе с пластинами, формирующими брызговик. Однако их использование рекомендуется, когда брызговик не используется, и каждая из форсунок проходит по оси перфорации панели.

Согласно альтернативным решениям, указанные форсунки принадлежат двум категориям форсунок, при этом первая категория форсунок соединена с указанной первой сетью, а вторая категория форсунок соединена с указанной второй сетью.

Такие распылительные форсунки предпочтительно могут использоваться, когда имеется щиток, формирующий брызговик, или когда перфорации панели имеют небольшой диаметр, предпочтительно между двумя и тридцатью сантиметрами.

Предпочтительно, чтобы указанная форсунка включала бы две перфорированные пластины, размещенные напротив друг друга.

Таким образом, эти форсунки включают две перфорированные стенки, также называемые стенками сброса давления, которые подвергают воду под давлением первому быстрому сбросу давления и затем второму низконапорному сбросу давления, обеспечивающему распыление воды, сопровождаемое микропузырьками воздуха. Кроме того, распыление позволяет предотвратить высокие скорости разбивания на стадии распыления.

Согласно предпочтительным характеристикам, указанные форсунки имеют нижний расходящийся контур.

Использование нижнего расходящегося контура делает процесс распыления более надежным.

Предпочтительно, расходящийся контур является плоским и формирует угол по вертикали от 0 до 20°.

Предпочтительно, расходящийся контур является криволинейным.

Согласно предпочтительному аспекту изобретения, верхняя часть указанной стенки, отделяющая указанную зону смешивания от указанной зоны флотации, включает часть, наклонную под углом в направлении указанной зоны флотации.

В этом случае, значение указанного угла предпочтительно лежит в диапазоне от 120° до 175°.

Согласно другому предпочтительному варианту, указанная стенка, отделяющая указанную зону смешивания от указанной зоны флотации, имеет верхнюю часть, изогнутую в направлении указанной зоны флотации.

В этом случае, указанная изогнутая часть предпочтительно имеет радиус от 0,1 до 1 метра.

Исполнение таких наклонных или криволинейных частей может, в частности, облегчить проход воды из зоны смешивания в зону флотации.

Предпочтительно, указанная зона флотации имеет множество перегородок, проходящих, в основном, вертикально над указанной зоной отбора.

Использование таких перегородок позволяет фрагментировать осветленную воду, которая течет к основанию зоны флотации, и предотвратить появление обратных потоков. Это помогает предотвратить смешивание осветленной воды со слоем пузырьков воздуха, несут частицы, первоначально содержавшиеся в обрабатываемой воде.

Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одна из указанных перегородок имела бы, по меньшей мере, одну верхнюю часть, наклоненную под углом, или имела бы криволинейный профиль.

Предпочтительно, чтобы угол имел величину от 120° до 240°.

Эти наклонные или криволинейные части позволять улучшить разбивание обратных потоков в зоне забора очищенной воды.

Предпочтительно, чтобы указанные перегородки имели бы высоту от 30 до 300 см. Согласно другому предпочтительному варианту изобретения, указанные перегородки расположены близко друг от друга у указанной стенки, отделяющей указанную зону смешивания от указанной зоны флотации.

Это, в частности, может предотвратить формирование наведенного вращения потока между двумя пластинами.

Предпочтительно, чтобы указанные перегородки были бы отделены друг от друга на расстояние от 20 до 300 см.

Предпочтительно, чтобы указанная зона забора имела бы средства для отбора осветленной воды, связанные со средствами сбора осветленной воды.

Согласно предпочтительному варианту, установка для очистки воды согласно изобретению имеет средства для получения указанной воды под давлением.

Предпочтительно, указанные средства для получения воды были бы соединены с указанными средствами для отбора осветленной воды и с источником подачи воздуха.

Воду под давлением можно, таким образом, получить, используя осветленную воду, отбираемую из выпускного отверстия установки, используя описываемую здесь методику. Альтернативно вода под давлением также может быть получена, используя обрабатываемую воду, которая предпочтительно не коагулирована и не освобождена от хлопьев.

Предпочтительно, установка для очистки воды согласно изобретению включает средство очистки, которое может быть расположено в верхней части указанной зоны флотации.

Это средство очистки позволяют просто и эффективно удалять слои пузырьков воздуха.

Изобретение также относится к способу флотационной очистки воды, который состоит в передаче воды в установку по описанной здесь методике, и в подаче воды восходящим потоком в указанную зону смешивания, передаче указанной обрабатываемой воды через указанную перфорированную панель, и подачи потока указанной воды под давлением с помощью указанной распылительной форсунки (форсунок) так, чтобы сформировать пузырьки воздуха, способные переносить частицы во взвешенном состоянии из указанной обрабатываемой воде на поверхность указанной зоны смешивания.

Согласно предпочтительному объекту изобретения, указанный поток указанной воды под давлением является первоначально восходящим.

Согласно другому предпочтительному объекту изобретения, указанный поток указанной воды под давлением первоначально является нисходящим.

Согласно еще одному предпочтительному объекту изобретения в описываемом здесь способе указанный поток указанной воды под давлением первоначально является горизонтальным.

Действительно, в зависимости от качества обрабатываемой воды, в процессе коагуляции могут быть сформированы более или менее стойкие хлопья. Метод использования форсунки зависит от стойкости хлопьев. Если хлопья хрупкие, используется прямоток, чтобы создать достаточную скорость разбивания. В случае, когда при выпадении хлопьев в процессе коагуляции формируются чрезвычайно стойкие хлопья, необходим противоток.

Таким образом, в зависимости от того, проходит ли панель, в основном, горизонтально или вертикально, и являются ли хлопья хрупкими или стойкими, форсунки могут быть установлены так, что вода под давлением представляет собой распыленный прямоток или противоток к обрабатываемой воде.

В другой альтернативе форсунки также могут быть установлены, в основном, горизонтально, когда панель, в основном, также установлена горизонтально.

Предпочтительно, способ очистки воды флотацией согласно изобретению включает стадию выбора одной из указанных величин указанного расхода указанной воды под давлением в зависимости от расхода указанной обрабатываемой воды и/или качества указанной обрабатываемой воды.

Следовательно, способ согласно изобретению может, быть изменен и может быть приспособлен к большому числу ситуаций.

Согласно другому предпочтительному варианту, способ очистки воды флотацией согласно изобретению состоит в использовании указанных средств очистки, чтобы удалить указанные частицы, собранные указанными пузырьками воздуха, за пределами указанной зоны флотации,

Перечень чертежей

Другие особенности и преимущества изобретения станут более ясными при чтении следующего описания предпочтительных примеров воплощения изобретения, представленных только для информации, а не для ограничения, и приложенных чертежей, на которых:

- фигура 1 - установка для очистки воды по известной технологии;

- фигура 2 - векторы скорости потока жидкости в установке, показанной на фигуре 1;

- фигура 3 - первое воплощение установки для очистки воды по показанному здесь способу, в котором перфорированная панель, отделяют входную зону обрабатываемой воды от зоны смешивания;

- фигура 4 - частичный вид альтернативной установки фигуры 3, в которой используются несколько распылительных форсунок без связи с перфорацией перфорированной панели;

- фигура 5 - схема распылительной форсунки, которая может быть соединена с двумя сетями распыления воды под давлением с различным расходом;

- фигура 5-бис - альтернативное решение для нижнего контура, в котором может быть использована форсунка, показанная на фигуре 5;

- фигуры 6 и 6-бис представляют две архитектуры сети распределения воды под давлением, используя форсунки, показанные на фигуре 5;

- фигура 7 - второй пример воплощения установки для очистки воды согласно изобретению, которая включает пластину с отверстиями, вставленную между распылительными форсунками и перфорированной панелью;

- фигура 8 - частичный вид альтернативной конструкции установки, показанной на фигуре 7, в которой используются несколько рядов форсунок;

- фигура 8-бис - другая альтернативная конструкция пластины, формирующая брызговик;

- фигура 9 пример архитектуры распределительной сети воды под давлением, в котором форсунки первой категории соединены с сетью распыления воды под давлением согласно первой величине расхода, и форсунки второй категории соединены с сетью распыления воды согласно второй величине расхода воды под давлением;

- фигура 10 представляет векторы скорости потока жидкости в установке по показанному здесь способу.

Описание воплощений описанного здесь способа

Краткое пояснение принципа описанного здесь способа

Главный принцип изобретения основан на использовании установки для флотационной очистки воды, содержащей перфорированную панель, которая отделяет входную зону предварительно коагулированной и флоккулированной обрабатываемой воды от зоны смешивания обрабатываемой воды с водой под давлением, и затем с водой под вакуумом, причем зона смешивания содержит одну или несколько распылительных форсунок для распыления воды под давлением.

Наличие перфорированной панели позволяет гомогенизировать и фрагментировать поток обрабатываемой воды в зоне смешивания. Такая фрагментация обеспечивает равномерный контакт между обрабатываемой водой и микропузырьками воздуха, сформированными в зоне смешивания по горизонтальному сечению зоны смешивания. Таким образом, использование такой перфорированной панели позволяет оптимизировать процесс осветления воды флотацией.

Кроме того, установка согласно изобретению дополнительно включает зону флотации, содержащую перегородки, расположенные на некотором расстоянии друг от друга и которые, в основном, установлены вертикально и параллельно относительно друг друга.

Использование таких перегородок в зоне флотации позволяет разбивать потоки жидкости, текущей в зоне флотации. Это позволяет предотвратить появление обратных потоков, в особенности в нижней части зоны флотации, т.е. предотвращает контакт осветленной воды со слоем пузырьков на поверхность зоны флотации. Таким образом, можно предотвратить или, по меньшей мере, ограничить переход частиц во взвешенном состоянии, связанных с пузырьками воздуха, в зону забора очищенной воды.

Использование таких перегородок препятствует проникновению пузырьков воздуха в собранную осветленную воду и, следовательно, повышает качество собранной осветленной воды.

Пример первого воплощения установки водоочистки по описанному здесь способу

На фигуре 3 представлен пример воплощения установки для флотационной очистки воды согласно изобретению.

Такая установка включает входную зону 31 обрабатываемой воды. Обрабатываемая вода предварительно коагулирована и флокулирована. С этой целью, зона коагуляции и зона флокуляции расположены последовательно (не показано) вверх по потоку входной зоны 31.

Зона смешивания 32 проходит над входной зоной воды 31. Вход воды 31 и зона смешивания 32 отделены друг от друга панелью 33, у которой, по меньшей мере, одна часть имеет отверстия 331. Предпочтительно отверстия 331 проходят по всей поверхности перфорированной панели 33. Отверстия 331, выполненные в панели 33, могут быть, например, круглыми 15 см в диаметре. В других воплощениях диаметр отверстия 331 может быть различным. Диаметр предпочтительно должен быть от 2 до 50 см.

Стенка 34 разделяет входные водные зоны 31 и зоны смешивания 32 от зоны флотации 35. Эта стенка 34, в основном, является вертикальной в своей нижней части и имеет верхнюю часть 341, наклонную под углом в направлении зоны флотации 35. Величина этого угла предпочтительно составляет от 120° до 175°. Использование этой наклонной части 341 позволяет, в частности, облегчить проход воды из зоны смешивания в зону флотации.

В альтернативном варианте наклонная часть 341 может быть заменена криволинейной частью 342 (показанной пунктиром на фигуре 3), радиус которой может быть между 0,1 и 1 м.

Такая установка для очистки воды по описанному здесь способу также включает средства для отбора осветленной воды. Эти средства включают камеру 36, верхняя поверхность 361 которой перфорирована, по меньшей мере, частично, позволяя, таким образом, осветленной воде проходить через эту поверхность. Кроме того, камера 36 соединена с трубопроводом 37, который выходит за пределами зоны флотации 35 в направлении водослива (не показан), или любое другое средство, которое позволяет отбирать осветленную воду, полученную после обработки флотацией.

В альтернативном варианте описанной здесь конструкции перфорированная камера 36 может быть заменена перфорированным трубопроводом, размещенным в нижней части зоны флотации 35.

Вертикальные перегородки 39 установлены, в основном, вертикально в зоне флотации 35. Высота этих перегородок 39 может быть от 30 до 300 см. Это перегородки 39 являются сплошными и могут быть установлены через равные или неравные промежутки. Например, они могут быть расположены в интервале от 30 до 300 см.

Отметим, что чем ближе перегородки 39 к стенке 34, тем меньше разделяющий их интервал. Это позволяет предотвратить появление индуцированного вращения жидкости 102 между двумя пластинами 39, как показано на фигуре 10.

В других примерах воплощения перегородки 39 могут быть перфорированы. Это, в частности, позволяет улучшить распределение осветленной воды по всей горизонтальной поверхности зоны забора очищенной воды. Кроме того, можно сделать эти перегородки 39 сменным, в частности, чтобы облегчить обслуживание устройства, работающего по описанному здесь способу. Кроме того, эти перегородки 39 предпочтительно изготовлены из стали высокого качества. В альтернативных конструкциях они могут быть сделаны из материалов типа пластика. Это может оказаться особенно выгодным при обработке морской воды.

В альтернативных вариантах описываемого здесь способа, перегородки 39 также могут иметь часть 391, которая наклонена относительно вертикали на угол, величина которого может быть в диапазоне от 120 до 240°, как показано пунктиром на фигуре 3. Они также могут быть наклонными по всей их длине. В другой альтернативе перегородки 39 могут иметь криволинейную часть 392 (показанную пунктиром) в направлении стенки 34 или в другом направлении. Использование этой наклонной 391 или криволинейной части 392 позволяет улучшить разбивание обратных потоков в зоне забора очищенной воды.

Кроме того, зона смешивания 32 имеет, по меньшей мере, одну распылительную форсунку 40 воды под давлением, размещенную около перфорированной панели 33.

В этом примере воплощения форсунки 40 расположены по оси каждого отверстия 331 в панели 33, как показано на фигуре 3. Диаметр отверстия 331 предпочтительно лежит в диапазоне от 5 до 50 см. Это позволяет обеспечить оптимальную смесь потока обрабатываемой воды и воды под давлением.

Однако, как альтернатива для этого воплощения, в котором отверстия 331, выполненные в перфорированной панели 33, имеют малый диаметр, предпочтительно, от 2 до 30 см, связи между каждой форсункой и перфорацией 331 не требуется, как показано на фигуре 4.

Как будет объяснено ниже более подробно, эти распылительные форсунки 40 позволяют создать первоначально падающий поток воды под давлением с последующим сбросом давления воды в камере смешивания 32. В этом случае, вода под давлением распыляется в камере смешивания 32 противотоком обрабатываемой воде.

В альтернативе этого воплощения распылительная форсунка 40 может быть выполнена таким образом, что первоначально она создает восходящий поток воды под давлением в зоне смешивания. В этом случае, вода под давлением распыляется в камере смешивания в параллельном потоке обрабатываемой воды.

Эти распылительные форсунки 40 соединены со средствами 42 получения воды под давлением через трубы 41. Средства 42 получения воды под давлением соединены с баллоном со сжатым воздухом (не показан), снабженным одним или несколькими воздушными эжекторами, которые обеспечивают воздушно-водяную смесь. Эти средства получения воды под давлением с одной стороны соединены с трубопроводом 37, по которому течет осветленная вода, трубой 43, и, с другой стороны, с источником подачи воздуха 44. Таким образом, получается вода под давлением предпочтительно от 3 до 8 бар, используя часть собранной осветленной воды и воздух.

Как будет объяснено ниже более подробно, средства для получения воды под давлением могут быть размещены параллельно с тем, чтобы обеспечить распыление воды под давлением с различным расходом.

На фигуре 5 приведен пример распылительной форсунки 40.

Отметим, что принцип работы этих распылительных форсунок 40 состоит из двойного сброса давления, подобно соплам типа WRC. Однако несколько характеристик отличают распылительные форсунки 40 от сопел типа WRC. Распылительные форсунки 40 соединены с двумя входами воды под давлением, текущей с различными расходами Q1 и Q2. Таким образом, они учитывают распыление воды под давлением с расходами Q1, Q2, Q1+Q2.

Как показано на чертежах, такие распылительные форсунки 40 имеют основной полый корпус 51, один конец которого предоставляет собой первую перфорированную стенку 52 понижения давления и вторую перфорированную стенку 53 понижения давления, которые расположены параллельно друг другу на некотором расстоянии, создавая, таким образом, промежуточную камеру. Отверстия, выполненные в первой стенке 52 понижения давления и во второй стенке 53 понижения давления, распределены, в основном, равномерно по всей их поверхности. Плотность отверстий первой стенки 52 понижения давления меньше плотности отверстий второй стенки 53 понижения давления. Кроме того, поверхность отверстий, выполненных в первой стенке 52 понижения давления, больше чем поверхность отверстия, выполненных во второй стенке 53 понижения давления. Величина диаметра этих отверстий составляет от 1 до 15 мм.

Кроме того, нижний конец основной части 51 формирует угол относительно вертикали. Величина этого угла лежит между 0 и 20°. Согласно одной альтернативе способа, описанного здесь и показанного на фигуре 5, нижняя часть основного корпуса 51 является криволинейной. Тот факт, что основной корпус 51 имеет расширяющуюся форму, облегчает распыление.

Основной корпус 51 включает вторичный полый корпус 54. Этот вторичный полый корпус 54 пересекается с первым потоком воды под давлением с расходом Q1, в то время как основной полый корпус 51 пересекается со вторым потоком воды под давлением с расходом Q2, предпочтительно более высокого значения. В альтернативном решении этот расход Q2 может также иметь меньшую величину.

В этом примере воплощения каждая распылительная форсунка 40 соединена с двумя сетями распределения воды под давлением, обеспечивающими подачу воды под давлением с расходами Q1 и Q2. Таким образом, средства 42 подачи воды под давлением разделены (не показано), что позволяет обеспечить три расхода Q1, Q2 и Q1+Q2 воды под давлением.

Как конкретно показано на фигурах 4, 6 и 6-бис, несколько рядов 45 из множества распылительных форсунок 40 могут быть расположены параллельно.

Фигура 6 - схема примерной архитектуры сети распределения воды под давлением, состоящей из двух рядов 45 распылительных форсунок 40.

Такая сеть включает две распределительные сети воды под давлением с расходом Q1 и две распределительные сети воды под давлением с расходом Q2, используя два ряда распылительных форсунок.

Как показано на чертеже, каждая распылительная форсунка 40 каждого ряда 45 соединена с первой сетью распределения воды под давлением с расходом Q1 через трубу 41 и со второй сетью распределения воды под давлением с расходом Q2 через трубу 41.

Альтернативное решение, показанное на фигуре 6-бис, состоит в использовании двух рядов распылительных форсунок 40, не разделяя распределительные сети на Q1 и Q2.

Установка для очистки воды по описанному здесь способу дополнительно включает скребок (не показан). Как описывается ниже более подробно, такой скребок позволяет удалить шлам, состоящий из веществ во взвешенном состоянии, органических веществ, водорослей, первоначально присутствующих в сырой воде, всплывающих в верхней части зоны смешивания 32 и зоны флотации 35, так же как пузырьки воздуха, введенные в структуру за пределами зоны флотации (стрелка 1) в средствах регенерации 46.

Пример второго воплощения установки водоочистки по описанному здесь способу

Со ссылками на фигуры 7-9 ниже описывается второй пример воплощения установки для очистки воды по заявленному способу.

В этом втором воплощении установка для очистки воды имеет ряд характеристик, присущих характеристикам установки по первому примеру воплощения, описанному выше. Здесь будут описаны только различия между первым и вторым примерами воплощения установки.

Как показано на фигуре 7, в этом втором воплощении используется перфорированная пластина 71, расположенная вниз по потоку перфорированной панели 33 в зоне смешивания 32. Эта перфорированная пластина 71 установлена таким образом, что в сплошных частях перфорированной панели 33 выполнены промежуточные отверстия 711. Иными словами, промежуточные отверстия 711 и отверстия 331 не совпадают и формируют дефлекторы, которые хорошо видны на 7 и 8.

Промежуточные отверстия в перфорированной пластине 71 могут иметь диаметр от 2 до 50 см. Кроме того, перфорированная панель 33 и перфорированная пластина 71 предпочтительно разделены на расстояние от 1/3 до 3 диаметров промежуточных отверстий 711.

В этом втором примере воплощения могут быть использованы одна или несколько распылительных форсунок 40. Каждая распылительная форсунка 40 не обязательно должна быть расположена по оси промежуточного отверстия 711.

Как и в примере воплощения, описанном выше, альтернатива для этого воплощения может состоять в использовании нескольких рядов 45 распылительных форсунок 40, как показано на фигуре 8.

Распылительные форсунки, используемые в этом втором воплощении, могут быть подобны распылительным форсункам 40, описанным выше со ссылками на фигуры 5 и 6.

В альтернативе для этого второго примера воплощения, показанного на фигуре 9, распылительные форсунки отличаются от описанных выше распылительных форсунок 40 тем, что каждая из них не связана с первой сетью распыления воды под давлением с расходом Q1 и со второй сетью распыления воды под давлением с расходом Q2. Напротив, распылительные форсунки, используемые в этом альтернативном примере второго воплощения, разделены на две категории:

- в распылительных форсунках 91 первой категории каждая из них соединена с сетью распыления воды под давлением с расходом Q1;

- в распылительных форсунках 91 второй категории каждая из них соединена с сетью распылителя воды под давлением с расходом Q2.

Эти распылительные форсунки 91 и 92, например, могут быть типа WRC или любого другого типа в соответствии с используемым принципом создания пузырьков воздуха.

В другой альтернативе форсунки 40 все идентичны и распылитель имеет только один расход.

В альтернативном примере этого воплощения, показанном на фигуре 8-бис, перфорированная пластина может иметь два типа промежуточных отверстий:

основные промежуточные отверстия и очищающие промежуточные отверстия 712.

Основные промежуточные отверстия состоят из отверстий 711, расположенных таким образом, что перфорированная пластина 71 включает брызговик. Очищающие промежуточные отверстия 712 выполнены в твердых частях, соединяющих основные промежуточные отверстия 711 перфорированной пластины 71. Использование этих очищающих отверстий 712 позволяет оптимизировать гомогенизацию потока обрабатываемой воды, поступающей в зону смешивания 32.

Диаметры основных промежуточных отверстий 711 и очищающих промежуточных отверстий 712 выбраны таким образом, что расход, через основные промежуточные отверстия 711 равен расходу через очищающие промежуточные отверстия 712.

Способ очистки воды флотацией по описанному здесь процессу

Ниже описывается способ очистки воды флотацией.

Такой способ состоит в подаче обрабатываемой воды в установку очистки воды согласно примерам воплощения изобретения, описанным выше.

Обрабатываемая вода, которая предварительно была подвергнута коагуляции и флокуляции, подается во входную зону 31. Затем обрабатываемая вода вводится восходящим потоком в зону смешивания 32, проходя через отверстия 331 перфорированной панели 33.

В то же время, в зону смешивания 32 через распылительные форсунки 40 вводится вода под давлением с последующим сбросом давления противотоком восходящему потоку обрабатываемой воды. Как описано выше, вода под давлением также может быть введена в зону смешивания параллельным потоком.

Вода под давлением получается активацией средств 42 для получения воды под давлением, используя часть осветленной воды, которая отбирается из зоны флотации 35, и воздух, поступающий от источника воздуха 44.

Вода под давлением подается по трубопроводу 41 к распылительным форсункам 40. Эта вода пересекает первую стенку 52 понижения давления. Вода под давлением подвергается сбросу давления и расширяется. Подверженная давлению и сбросу давления вода затем пересекают вторую стенку 53 понижения давления и подвергаются дальнейшему падению давления, приводящему к распылению воды. Это явление распыления способствует предотвращению сильного разбивания капель на стадии распыления.

Распыление под давлением и затем сброс давления воды в зоне смешивания 32 сопровождается формированием микропузырьков воздуха, равномерно распределенных по всему горизонтальному сечению зоны смешивания 32.

Тот факт, что обрабатываемая вода вводиться в зону смешивания 32 через перфорированную панель 33, позволяет гомогенизировать и фрагментировать поток воды, предотвращая формирование коротких цепей, зон обратных потоков и мертвых зон. В других условиях использование перфорированной панели 33 позволяет обеспечить равномерный контакт обрабатываемой воды и микропузырьков воздуха по всему горизонтальному сечению зоны смешивания 32.

Равномерный контакт обрабатываемой воды и микропузырьков воздуха может быть дополнительно улучшен, вставив пластину с отверстиями 71 между перфорированной панелью 33 и распылительными форсунками.

Таким образом, сочетание гомогенизации потока обрабатываемой воды с помощью перфорированной панели, с размещением распылительных форсунок около каждого отверстия перфорированной панели и/или с использованием перфорированной пластины, формирующей брызговик, позволяет обеспечить оптимальную смесь обрабатываемой воды и воды под давлением.

Микропузырьки воздуха служат для подачи на поверхность зоны смешивания 32 и зоны флотации 35 всех частиц, находящихся во взвешенном состоянии в обрабатываемой воде. Таким образом, тот факт, что контакт между обрабатываемой водой и микропузырьками воздуха является равномерным, позволяет оптимизировать осветление обрабатываемой воды, что, в основном, повышает эффективность флотационной обработки воды.

Смесь, состоящая из микропузырьков воздуха с агломерированными частицами, которые первоначально были во взвешенном состоянии в обрабатываемой воде, затем вытесняются к верхней части зоны флотации 35, как показано стрелкой J. Эта смесь может затем быть удалена за пределы зоны флотации 35 с помощью скребка (не показан), который позволяет очистить поверхность зоны флотации 35 и направить полученный шлам и пузырьки воздуха в средство регенерации 46, в направлении, показанном стрелкой I.

Таким образом, осветленная вода течет в направлении нижней части зоны флотации 35, которая имеет камеру 36 и встречается с перегородками 39. Этими перегородками 39 поток осветленной воды разбивается на фрагменты.

Благодаря тому, что перегородки 39 фрагментируют поток осветленной воды в зоне флотации 35, устраняется появление обратных потоков в зоне забора очищенной воды.

Это отражено на фигуре 10, на которой показаны векторы скорости потока жидкости 101 во внутренней части зоны флотации 35.

Сравнение фигур 2 и 10, на которых показаны, соответственно, векторы скорости жидкости во внутренней части зоны флотации установки согласно известной технологии и установки по описанному здесь способу, позволяет лучше понять изменения потока жидкости, вытекающие из использования перегородок 39 в зоне флотации 35.

Это показано на фигуре 2, на которой векторы скорости 21 сконцентрированы в виде вихря в центре зоны флотации. Этот вихрь создает обратные потоки и направляет осветленную воду в верхнюю часть зоны флотации, где она смешивается со слоем микропузырьков.

С другой стороны, на фигуре 10 показано, что векторы скорости жидкости разорваны на перегородках 39 и что векторы скорости, расположенные между этим перегородками 39, не нарушены, т.е. они не поднимаются в направлении к верхней части зоны флотации.

Таким образом, использование таких перегородок 39 позволяет предотвратить явление обратных потоков в нижней части зоны флотации, в которой расположен камера 36, обеспечивая отбор осветленной воды, и, следовательно, предотвратить или, по меньшей мере, ограничить выход микропузырьков воздуха вместе с осветленной водой.

Использование перегородок 39 позволяет предотвратить попадание пузырьков и шлама в линию забора осветленной воды и, следовательно, предотвратить загрязнение собранной осветленной воды микропузырьками воздуха, загруженными твердыми частицами.

Следовательно, способ согласно изобретению позволяет оптимизировать осветление воды флотацией и улучшить качество осветленной воды, собранной в конце цикла флотационной обработки.

Кроме того, способ согласно изобретению также может включать стадию, состоящую из выбора величины расхода воды под давлением, введенной в зону смешивания. Выбор величины расхода воды под давлением может быть связан с расходом обрабатываемой воды и/или с качеством обрабатываемой воды. Действительно, если расход обрабатываемой воды, изменяется в диапазоне от 1 до 4, и/или если качество обрабатываемой воды изменяется, это, в частности, представляет интерес с экономической точки зрения, чтобы иметь возможность изменить в тех же соотношениях расход воды под давлением.

Точно так же, когда расход обрабатываемой воды является довольно низким, и/или качество обрабатываемой воды является достаточно высоким, включается средство получения воды под давлением в зависимости от расхода Q1.

Когда расход обрабатываемой воды повышен и/или когда качество обрабатываемой воды является высоким, будут работать средства получения воды под давлением в зависимости от расхода Q2, или используются все средства получения воды, чтобы обеспечить расход, равный сумме Q1 и Q2.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Установка для очистки воды флотацией содержит, по меньшей мере, одну входную зону обрабатываемой воды (31); зону смешивания (32) воды под давлением и затем воды под вакуумом с обрабатываемой водой; зону флотации (35), отделенную от зоны смешивания (32) стенкой; зону забора очищенной воды (36) в нижней части указанной зоны флотации (35). Зона смешивания (32) содержит, по меньшей мере, одну распылительную форсунку (40, 91, 92) воды под давлением, установленную около панели (33), по меньшей мере, одна часть которой имеет отверстия (331), и которая разделяет входную зону (31) и зону смешивания (32). Изобретение позволяет улучшить контакт между обрабатываемой водой и водой под давлением и повысить качество осветленной воды. 2 н. и 32 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Установка для очистки воды флотацией, содержащая:
- одну входную зону обрабатываемой воды (31), которая предварительно была подвергнута коагуляции и флокуляции;
- одну зону смешивания (32) воды под давлением и затем под вакуумом с указанной обрабатываемой водой;
- одну зону флотации (35), отделенную от указанной зоны смешивания (32) стенкой (34);
- одну зону забора очищенной воды (36), предусмотренной в нижней части указанной зоны флотации (35);
отличающаяся тем, что указанная зона смешивания (32) содержит, по меньшей мере, одну распылительную форсунку (40, 91, 92) указанной воды под давлением, при этом указанная распылительная форсунка (40, 91, 92) установлена около панели (33), по меньшей мере, одна часть которой имеет отверстия (331) и которая разделяет указанную входную зону (31) и указанную зону смешивания (32).

2. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что указанная панель (33) установлена, в основном, горизонтально.

3. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что указанная панель (33) установлена, в основном, вертикально.

4. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что пластина, формирующая брызговик (71), в основном, установлена параллельно указанной панели (33), и у которой, по меньшей мере, одна часть имеет первые отверстия (711), проходящие между указанной панелью (33) и указанной форсункой (40, 91, 92).

5. Установка для очистки воды по п.4, отличающаяся тем, что первые отверстия (711) указанной пластины (71) проходят через сплошные части указанной панели (33).

6. Установка для очистки воды по п.5, отличающаяся тем, что в указанной пластине, формирующей брызговик (71), имеется второе отверстие (712), которое расположено как удлинение указанных отверстий (331) указанной панели (33).

7. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что каждая из указанных распылительных форсунок расположена, в основном, по оси одного из указанных отверстий (331) указанной панели (33).

8. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что она включает первую (41) и вторую (41') распределительные сети для распределения указанной воды под давлением в соответствии с двумя различными величинами расхода.

9. Установка для очистки воды по п.8, отличающаяся тем, что указанные форсунки (40, 91, 92) соединены с указанными первой (41) и второй (41') распределительными сетями.

10. Установка для очистки воды по п.8, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, две указанных форсунки (91, 92), которые принадлежат двум категориям форсунок, при этом первая категория форсунок соединена с указанной первой сетью (41), а вторая категория форсунок соединена с указанной второй сетью (41').

11. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что указанные форсунки (40, 91, 92) включают две перфорированные пластины, отделенные друг от друга.

12. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что указанные форсунки (40, 91, 92) в нижней части выполнены расходящимися.

13. Установка для очистки воды по п.12, отличающаяся тем, что угол отклонения нижней части форсунки от вертикали составляет 0° до 20°.

14. Установка для очистки воды по п.12, отличающаяся тем, что отклонение нижней части форсунки выполнено по кривой.

15. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что верхняя часть указанной стенки (34), отделяющая указанную зону смешивания (32) от указанной зоны флотации (35), имеет часть (341), наклонную под углом в направлении указанной зоны флотации (35).

16. Установка для очистки воды по п.15, отличающаяся тем, что величина указанного угла лежит в диапазоне от 120° до 175°.

17. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что указанная стенка (34), отделяющая указанную зону смешивания (32) от указанной зоны флотации (35), имеет верхнюю часть (342), которая является криволинейной в направлении указанной зоны флотации (35).

18. Установка для очистки воды по п.17, отличающаяся тем, что указанная криволинейная часть (342), имеет радиус кривизны от 0,1 до 1 м.

19. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что указанная зона флотации (35) имеет множество перегородок (39), проходящих, в основном, вертикально над указанной зоной забора воды (36).

20. Установка для очистки воды по п.19, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из указанных перегородок (39), имеет, по меньшей мере, одну верхнюю часть, (931), наклонную под углом, или изогнутую часть (392).

21. Установка для очистки воды по п.20, отличающаяся тем, что указанный угол имеет величину от 120° до 240°.

22. Установка для очистки воды по п.19, отличающаяся тем, что указанные перегородки (39) имеют высоту от 30 до 300 см.

23. Установка для очистки воды по п.19, отличающаяся тем, что указанные перегородки (39) расположены в непосредственной близости друг от друга около указанной стенки (34), отделяя указанную зону смешивания (32) от указанной зоны флотации (35).

24. Установка для очистки воды по п.19, отличающаяся тем, что указанные перегородки (39) отделены друг от друга на расстояние от 20 до 300 см.

25. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что указанная зона забора имеет средство (36) для отбора осветленной воды, соединенное со средством сбора осветленной воды.

26. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что она содержит средство (42) для получения указанной воды под давлением.

27. Установка для очистки воды по п.26, отличающаяся тем, что указанное средство (42) для получения воды под давлением соединено с указанным средством (36) для отбора осветленной воды и с источником подачи воздуха (44).

28. Установка для очистки воды по п.1, отличающаяся тем, что она содержит средство для очистки верхней части указанной зоны флотации (35).

29. Способ очистки воды флотацией, отличающийся тем, что он состоит в передаче воды в установку по п.1 и во вводе в указанную зону смешивания (32) восходящего потока указанной обрабатываемой воды через указанную перфорированную панель (33) и потока указанной воды под давлением с помощью указанных распылительных форсунок (40, 91, 92), формируя, таким образом, пузырьки воздуха, способные приносить частицы во взвешенном состоянии в указанной обрабатываемой воде на поверхность указанной зоны смешивания (32).

30. Способ очистки воды флотацией по п.29, отличающийся тем, что указанный поток указанной воды под давлением является первоначально восходящим.

31. Способ очистки воды флотацией по п.29, отличающийся тем, что указанный поток указанной воды под давлением первоначально является нисходящим.

32. Способ очистки воды флотацией по п.29, отличающийся тем, что указанный поток указанной воды под давлением первоначально является горизонтальным.

33. Способ очистки воды флотацией по п.29, отличающийся тем, что выбор величины расхода воды под давлением осуществляют в зависимости от расхода указанной обрабатываемой воды и/или качества указанной обрабатываемой воды.

34. Способ очистки воды флотацией по п.29, дополнительно включающий очистку за счет удаления частиц, собранных пузырьками воздуха, за пределы зоны флотации (35).