Устройство для электрофлотационной очистки сточных вод

Полезная модель относится к физико-химической очистке сточных вод и может быть использована для очистки сточных вод промышленных предприятий и других объектов от жиров, нефтепродуктов, взвешенных веществ, органических загрязнений, соединений тяжелых металлов и других загрязнений.
Флотационная очистка сточных вод заключается в соединении пузырьков газа, проходящих через слой очищаемой жидкости, и частиц загрязнений (жира, белка, нефтепродуктов), находящихся в сточных водах во взвешенном состоянии, и последующем их всплывании на поверхность обрабатываемой жидкости с образованием флотационной пены (флотопены). Флотационная очистка осуществляется в специальных устройствах - флотаторах. При этом существует несколько методов образования пузырьков газа, например: нагнетание воздуха через диспергаторы, выделение газа в условиях вакуума, электролиз и др.
Метод электролиза применяется в устройствах - электрофлотаторах, оборудованных электродами: катодом и анодом. Образующиеся на электродах газы формируются в виде пузырьков, поднимаются вверх, соединяясь с частичками загрязнений, и всплывают на поверхность жидкости, формируя слой пены. Часть пузырьков лопается, и газы выходят в окружающую атмосферу. Газы, в основном, представлены водородом и кислородом, но, в зависимости от свойств обрабатываемой жидкости, в атмосферу также могут выделяться аммиак, азотная кислота, хлор, озон и другие вещества.
Известен электрофлотатор, содержащий камеру флотации с размещенным в ее нижней части блоком электродов, камеру отстаивания, скребковое устройство, устройство для подачи и отвода воды [Патент RU №2051117 C1, опубликованный 21.12.1995 г.].
Известен аппарат [Патент RU № 111129 U1, опубликованный 12.10.2011], включающий корпус, разделенный перегородками на входную, электродную, шламовую и выпускную камеры, в нижней части электродной камеры расположен пакет пластинчатых электродов и водонаправляющее устройство, а в верхней ее части - устройство для сбора и удаления пены.
Недостатками данных флотаторов является недостаточная эффективность очистки жидкости от загрязнений, поддающихся окислению и коагуляции.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является аппарат, корпус которого разделен на камеру электрофлотации и камеру доочистки. В верхней части камеры электрофлотации выделен отсек для сбора водорода, в верхней части камеры доочистки выделен отсек для сбора кислорода, которые снабжены отводящими трубопроводами водорода и кислорода соответственно. В камере электрофлотации расположены катод и анод перпендикулярно друг другу, катод имеет форму цилиндра, расположен по вертикальной оси камеры, анод выполнен в виде сетки и расположен ниже, параллельно основанию камеры [Патент RU №2548975 C2, опубликован 20.04.2015 г.].
Недостатком данного изобретения является то, что контакт загрязняющих веществ с выделяемыми газами происходит уже после процесса флотации, в камере доочистки; при этом потенциал, заключенный в возможностях повторного применения образующихся газов, не используется в полной мере, а катализатор, предусмотренный для интенсификации окисления, требует периодической замены либо регенерации.
Ввиду недостатков известных устройств проработаны варианты интенсификации процесса электрофлотации и оптимизации конструкции основных узлов. Результаты реализованы в данной установке.
Техническим результатом является увеличение эффективности очистки сточной жидкости за счет интенсификации удаления из сточных вод взвешенных частиц и эмульгированных продуктов, способных к предварительному окислению и коагуляции, перед непосредственно процессом флотации.
Технический результат достигается за счет того, что комплексная установка электрофлотации очистки сточных вод включает корпус с расположенными в нем усреднителем-реактором и блоком флотации. Блок флотации содержит камеры успокоителя, электрофлотации, систему сбора и отведения флотопены, камеру сбора и отведения очищенной воды, а также систему рециркуляции газов. В камере электрофлотации установлены ячейки с расположенными над ними электродами и скребком с лотком для сбора флотопены.
Причем усреднитель-реактор содержит диспергатор и насос, соединенный с камерой успокоителя при помощи трубопровода. Система рециркуляции газов содержит газосборный зонт, соединенный с воздуходувкой и диспергатором усреднителя-реактора. Ячейки в нижней зоне камеры электрофлотации имеют отверстия для вывода загрязняющих веществ через трубопровод отведения веществ. Камеры успокоителя, электрофлотации, сбора и отведения очищенной воды разделены полузатопленными перегородками. Камера сбора и отведения очищенной воды сообщаются с камерой электрофлотации через протоки под полузатопленными перегородками.
Корпус может быть выполнен из следующих материалов: полиэтилен/полипропилен/сталь.
Для сбора и рециркуляции выделяемых газов в начало схемы используется газосборный зонт, расположенный в блоке флотации над камерой электрофлотации, газопровод и воздуходувка, а для контакта сточной воды с рециркуляционными газами предусмотрен усреднитель-реактор. Данное решение позволяет инициировать процессы окисления и коагуляции загрязнений в жидкости еще перед ее подачей на флотацию, тем самым повышая эффективность процесса флотации.
На Фиг. представлена схема комплексной установки электрофлотации.
Комплексная установка электрофлотации очистки сточных вод включает корпус (на Фиг не обозначен) с расположенными в нем усреднителем-реактором 1 и блоком флотации (на Фиг не обозначен).
В усреднителе-реакторе 1 располагаются диспергатор 2 и насос 3, через который при помощи трубопровода 13 усреднитель-реактор 1 соединен с камерой успокоителя 4 блока флотации.
Блок флотации включает в себя камеры: успокоителя 4, электрофлотации 5, сбора и отведения очищенной воды 10, систему сбора и отведения флотопены (на Фиг. не обозначен), включающую механический скребок 8 и лоток 9 для сбора флотопены. Камера успокоителя 4, а также камера сбора и отведения очищенной воды 10 сообщаются с камерой электрофлотации 5 через протоки под полузатопленными перегородками (на Фиг. показаны стрелками). В камере электрофлотации 5 установлены ячейки 6 с расположенными над ними электродами 7.
Система рециркуляции газов включает газосборный зонт 11 и воздуходувку 12, соединенный между собой через газопровод 14. Также через газопровод 14 воздуходувка 12 соединена с диспергатором 2 усреднителя-успокоителя 1.
Камера электрофлотации 5 включает четыре зоны (на Фиг. не обозначены):
- нижнюю часть занимает зона накопления осадка, состоящая из ячеек 6, выполненных в форме перевернутых усеченных пирамид и патрубков отвода осадка с запорной арматурой;
- над зоной накопления осадка находится зона размещения электродов 7. Здесь расположены аноды и катоды, обеспечивающие процесс образования пузырьков газов;
- над электродами 7 - зона газожидкостной смеси;
- самую верхнюю часть занимает зона с системой сбора и отведения флотопены с механическим скребком 8 и лотком 9 для сбора флотопены.
Установка работает следующим образом (Фиг.): исходная сточная вода поступает в корпус, а именно в усреднитель-реактор 1, куда также через диспергаторы 2 подается газ, прошедший через слой жидкости в электрофлотаторе. В усреднителе-реакторе 1 происходит предварительное окисление и коагуляция загрязнений. Далее сточная вода с помощью насоса 3 по трубопроводу 13 равномерно направляется в первую камеру блока флотации - в камеру успокоитель 4. Камера успокоителя 4 отделена от камеры электрофлотации 5 полузатопленными перегородками и предназначена для гашения напора поступающей на очистку жидкости и обеспечения преимущественно ламинарного режима движения потока. Камера успокоителя 4 может быть заменена на другое устройство, либо конструктивное решение, позволяющее гасить напор поступающей жидкости и обеспечивать ее равномерное поступление в камеру электрофлотации 5.
В камере электрофлотации 5 происходят следующие операции.
Загрязняющие вещества, способные к осаждению, опускаются на наклонные стенки ячеек 6 и сползают к их центрам, откуда периодически по трубопроводу 15 отводятся на дальнейшую обработку или утилизацию.
За счет расположенных в камере анодов и катодов (электроды 7), образовываются пузырьки газов.
Здесь пузырьки газов, проходящие через слой очищаемой жидкости, соединяются с частицами загрязнений, находящихся в сточных водах во взвешенном состоянии, и поднимают их на поверхность, образуя флотационную пену.
Механический скребок 8 собирает флотационную пену со всей площади поверхности камеры электрофлотации 5 и вытесняет ее в лоток 9, откуда флотопена самотеком по трубопроводу 15 отводится на дальнейшую обработку или утилизацию.
Из камеры электрофлотации 5, очищенная вода перетекает в камеру сбора и отведения очищенной воды 10, и, далее, на выпуск или дальнейшую обработку. Вход в камеру сбора и отведения очищенной воды 10 расположен в средней части слоя жидкости (по вертикали) и предназначен для минимизации выноса частиц загрязнений с потоком очищенной жидкости. Камера сбора и отведения очищенной воды 10 может быть заменена на другое устройство, либо конструктивное решение, позволяющее обеспечить равномерный сбор очищенной воды с минимальным выносом частиц загрязнений.
Система рециркуляции газов включает в себя газосборный зонт 11, расположенный над камерой электрофлотации, газопровод 14 и воздуходувку 12. Газы, прошедшие через слой жидкости в камере электрофлотации 5, поднимаются вверх, собираются газосборным зонтом 11, и по газопроводу 14 возвращаются усреднитель-реактор 1, распределяясь по объему обрабатываемой жидкости с помощью диспергатора 2. Принудительный сбор, перемещение и подача газов через диспергатор 2 обеспечивается воздуходувкой 12.
Газы, образующиеся при электрофлотации и выделяющиеся в атмосферу, собираются и направляются в начало схемы очистки, в усреднитель-реактор 1, инициируя процессы окисления и коагуляции содержащихся в жидкости загрязнений.
Образующиеся на электродах 7 газы, формируются в виде пузырьков, поднимаются вверх, соединяясь с частичками загрязнений, и всплывают на поверхность жидкости, формируя слой пены. Пена собирается и отводится на дальнейшую обработку и утилизацию, при этом часть пузырьков лопается, и флотационные газы выходят в окружающую атмосферу, далее собираются и направляются в начало схемы очистки, инициируя процессы окисления и коагуляции содержащихся в жидкости загрязнений.
Преимуществом данной установки является то, что для интенсификации удаления из сточных вод взвешенных частиц и эмульгированных продуктов повторно используются газы, выделяемые в процессе электрофлотации и прошедшие через слой обрабатываемой жидкости. Для обеспечения необходимого времени контакта сточной жидкости с рециркуляционными газами предусмотрен усреднитель-реактор 1. Так как в обрабатываемой жидкости перед подачей на флотацию уже инициированы процессы окисления и коагуляции загрязнений, помимо высокой эффективности удаления эмульгированных белков, жиров, нефтепродуктов, данная установка позволяет добиться лучших стабильных результатов в т.ч. по показателям: взвешенные вещества и ХПК.
3
3
Например, при очистке сточных вод с исходными показателями: взвешенные вещества 50 мг/дм, ХПК 480 мгО/дм, нефтепродукты 30 мг/л, эффективность очистки составила соответственно 90%, 73%, 85%.