УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ НАПОРНОЙ ФЛОТАЦИИ

Полезная модель относится к водоочистке, а именно к установкам очистки природных и сточных вод с помощью напорной флотации от примесей и загрязнений, в частности нефтесодержащих.
Из существующих методов физико-химической очистки производственных сточных вод: коагуляции, сорбции, экстракции, ионного обмена - метод флотации является наиболее дешевым и эффективным и не сопряжен с введением в обрабатываемую воду дополнительных веществ. Рабочим инструментом в этом методе являются газовые пузырьки, чаще воздушные, вводимые в обрабатываемую воду или создаваемые в се объеме, и вынос этими пузырьками прилипших к ним частиц загрязняющих примесей на поверхность воды в виде пены с последующим удалением этой пены скребковыми механизмами.
Известно большое число установок для очистки воды с помощью флотации. Такая установка, как правило содержит замкнутую гидравлическую магистраль с последовательно включенными флотационной камерой или камерами, насосом и сатуратором (SU 814878, 1972; RU 94027775, 1994). При использовании нескольких флотационных камер они соединяются между собой трубопроводами или эжекторами типа «жидкость-жидкость» Однако для таких установок характерна недостаточно эффективная смешиваемость воды, отбираемой из флотационной камеры, с рециркуляционной, следствием чего является низкая степень очистки.
Известна установка, содержащая замкнутую гидравлическую магистраль с флотационной камерой, насосом с воздушным эжектором, сатуратором и трубопроводом рециркуляционной воды, в которой для повышения эффективности очистки установлены камеры фильтрации (RU 8349, 1997).
Недостатком такой установки является технологическая сложность и недостаточная эффективность очистки воды, особенно при ее загрязнении нефтепродуктами.
Для повышения эффективности очистки была разработана технологическая схема очистки воды с помощью напорной флотации.
Под напорной флотацией понимается процесс, при котором воздух, растворяется в воде при высоком давлении пропорционально величине давления, после чего при последующем сбрасывании давления, воздух выделяется из смеси, образуя микроскопические пузырьки, которые всплывают на поверхность, увлекая за собой взвешенные загрязнения. Чем меньше размер газовых пузырьков, чем их больше и чем равномернее они распределены в объеме воды, тем выше степень очистки сточных вод флотацией. Продолжительность всплывания этих агрегатов - "частица-пузырек" определяет время флотации. При обычной глубине флотационных камер 1-1,5 м, продолжительность флотации в них составляет 15-20 минут. Оптимальный размер пузырьков составляет 40-60 мкм, скорость подъема принята 300 мм/минуту. Растворение воздуха осуществляется, как правило, при давлении 5-6 бap. (RU 87159, 2008; RU 2386590, 2010).
Известно устройство для флотационной очистки сточных вод (RU 22663, 2001), 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.
Известна компрессионная флотационная установка (SU 789399, 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.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является установка (RU 2312069, 2003), содержащая флотационную камеру, сатуратор, насос, связанный трубопроводом с сатуратором, струйный эжектор и всасывающий насос с обратным клапаном. Данная система использует коагулянты, которые вводятся в систему через вакуумную камеру эжектора.
Недостатком данной установки является недостаточная эффективность очистки, в частности, в связи с имеющиеся ограничения по ассортименту используемых химических реактивов из-за проблем с их эжектированием.
Задачей, решаемой авторами, являлось создание системы, обеспечивающей более эффективную очистку воды.
Указанная задача решалась путем включения в установку статического смесителя, связанного трубопроводами со станциями приготовления коагулянта и флокулянта, сатуратором и напорным флотатором, а также с системой подачи грязной воды.
С целью регулировки подачи воды и воздуха в установку могут быть дополнительно включены блоки регулировки на трубопроводах подачи грязной волы и воздуха, а также вентили на линиях подачи коагулянта и флокулянта в статический смеситель, а также на линии между сатуратором и флотатором. Как правило в блок регулировки входят расходомер (в случае линии подачи воздуха - ротаметр) и вентиль.
Общая схема установки приведена на фиг.1, где используются следующие сокращения: СС - статический смеситель; СТ - сатуратор; KM - компрессор; РН - рециркуляционный насос; ФТ - флотатор; БР - блок регулировки; в - вентиль.
Установка напорной флотации состоит из основных элементов:
- Флотатора с вращающейся кареткой с приводом, на которой смонтирован спиральный сборник флотошлама с приводом. Скорость вращения каретки и спирального сборника задаются со щита автоматического управления, в зависимости от производительности установки и посредством системы контроля и регулировки концентрации флотошлама соответственно. Система удаления донного осадка включает в себя пневматический клапан, который осуществляет периодическое удаление осевших на дно ванны флотатора загрязнений.
- Сатуратора для насыщения рециркуляционной воды воздухом с приборами и средствами управления и контроля процесса растворения воздуха в воде.
- Статического смесителя, представляющего собой емкость, снабженную распределительными устройствами.
2
- Рециркуляционого насоса (для подачи рециркуляционной воды под давлением 5,5-6 кгс/см в сатуратор.
- Компрессора сжатого воздуха.
Установка работает следующим образом. Загрязненная вода поступает в статический смеситель СС, где перемешивается и реагирует с раствором коагулянта. При этом разрушаются устойчивые коллоидные структуры, содержащиеся в воде, образуя взвешенные вещества. Затем в загрязненную воду подается вода из сатуратора СС, содержащая избыточное количество воздуха. В результате смешения выделяются микроскопические пузырьки воздуха.
Практически одновременно с подачей насыщенной воды, в загрязненную воду вводится раствор полимера - флокулянта. Полимер «склеивает» взвешенные вещества и продукты реакции коагулянта, содержащиеся в воде, образуя крупные агломераты - флоккулы. Содержащиеся в воде микроскопические пузырьки воздуха прикрепляются к поверхности флоккул, некоторые также попадают внутрь флоккул.
Далее вода поступает в ванну флотатора ФТ через распределительное устройство, против движения каретки. Скорость каретки должна быть отрегулирована так, чтобы полностью компенсировать скорость истечения воды из распределительного устройства. В результате, во флотаторе создается ламинарный режим «нулевой скорости», идеальный для спокойного всплытия флоккул на поверхность.
Флокулы всплывают на поверхность воды, образуя флотошлам. Спиральный сборник собирает флотошлам с поверхности, и сбрасывает его в центральную часть установки, откуда шлам самотеком поступает в бак шлама. Туда же поступает и периодически сбрасываемый донный осадок (те загрязнения, которые не смогли всплыть, донным скребком собираются в приямок, откуда периодически удаляются через клапан сброса донного осадка).
Осветленная вода собирается двумя радиальными трубами из придонной части флотатора и поступает в среднее кольцо ванны. Из среднего кольца осветленная вода самотеком поступает в РН, а оттуда в СТ, а также в бак осветленной воды, оснащенный дискретным датчиком уровня, откуда она откачивается насосом на ступень доочистки.
Эффективность работы установки иллюстрируется следующим примером.
3
3
В статический смеситель производится дозирование коагулянта 10% раствор оксихлорида алюминия с расходом 100 мг/дм по товарному продукту В СС в турбулентном режиме происходит интенсивное перемешивание и полное диспергирование коагулянта в воде. Затем производится подача раствора флокулянта «Бифлок» (катионактивный) в количестве 2 мг/л (0,1% раствор) и во флотаторе происходит процесс агломерации коллоидного алюминия в крупные флоккулы, и смешение с сатурированной водой (рецикл осветленной воды 50%). Использовался радиальный флотатор с производительностью 80 м/ч. Содержащий специальные гасители потока, В результате чего подача производилась с "нулевой скоростью", не разрушая уже сформированную папку флотошлама.
3
В состав оборудования для приготовления дисперсионной воды, кроме сатуратора, входил воздушный компрессор и насос подачи дисперсионной воды. При этом дисперсионная вода подавалась во флотатор через форсунки. При попадании в зону разряжения, происходило интенсивное выделение воздуха в виде мельчайших пузырьков, которые, двигаясь вверх к зеркалу жидкости, увлекали за собой загрязнения. Все выделенные загрязнения собирались на поверхности в виде флотошлама спиральным сборником и отводились в емкость сбора шлама. Очищенная вода отводилась из средней части по высоте флотатора в емкость очищенной воды. Содержание нефтепродуктов после блока флотации составляло менее 3 мг/дм.