УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ НАПОРНОЙ ФЛОТАЦИЕЙ
DEVICE FOR WATER TREATMENT BY PRESSURE FLOTATION

Изобретение может использоваться во многих отраслях промышленности и относится к области очищения жидкостей, в частности воды, от дисперсных примесей. Область его применения ограничена методом очистки воды напорной флотацией. Метод напорной флотации заключается в насыщении сточной воды воздухом под избыточным давлением, с последующим снижением давления к атмосферному. При этом происходит интенсивная десорбция воздуха и выделение большого количества мелких пузырьков. Пузырьки, с прилипшими к ним частицами жира и суспензии, всплывают, что позволяет значительно ускорить процесс выделения жировых веществ из сточных вод. Однако как показал опыт промышленной эксплуатации таких установках, эффект очистки жиросодержащих сточных вод не превышает 50-60%. К основным конструктивным недостаткам является использования напорного резервуара барботажного типа, который не обеспечивает достаточного насыщения сточных вод воздухом; распределение сточной воды во флотаторе с помощью перфорированных труб, которые быстро забиваются жиром и взвешенными веществами. Важнейшим узлом для напорного флотатора является условие создания водовоздушной смеси. Возможны две схемы решения этой задачи:
1) подача воздуха по байпасу насоса через эжектор;
2) подача воздуха компрессором в напорный трубопровод на участке между флотационным насосом и ресивером.
Первый вариант, несмотря на то, что используется повсеместно, он имеет существенные недостатки:
1) при наличии байпасного трубопровода КПД насоса уменьшается на 25% и более;
2) воздух можно подать на насос не более 3% - при большем будет кавитационный режим для работы насоса.
Второй вариант применяется редко.
Можно подавать сжатый воздух от компрессора в ресивер. Такой метод используется на Запорожской атомной электростанции. Его недостаток в малой эффективности работы напорного флотатора. Аналогом является изобретение установки напорной флотации RU 2272786, 27.03.2006. Изобретение относится к устройству для обработки промышленных сточных вод, и предназначено для очистки вод, загрязненных отходами нефти, продуктами их переработки, жирами, маслами, продуктами органического синтеза, поверхностно-активными веществами, тонкодисперсными суспензиями, активным илом и т.д. Установка для флотационной очистки воды имеет основную флотационную камеру, центробежный насос, контактную камеру хлопьеобразования, последовательно соединенную с основной флотационной камерой с помощью перфорированных труб, выполненных с возможностью подачи очищенной воды в пенный слой камеры, гидроэлеватор, соединенный напорным трубопроводом с центробежным насосом и трубопроводом сточной воды. Флотационная камера снабжена микропористыми фильтрующими трубами, для пропускания через них воздух, и последовательно расположена с камерой сбора очищенной воды. Преимущество этой установки в том, что воздух подается в диспергированном состоянии. Недостатком данной установки является то, что эти пузырьки не растворяются в воде под давлением, а сразу подаются в камеру флотации.
Прототипом взять изобретение RU 2323160, 27.04.2008. Изобретение относится к установке для обработки воды флотацией, что включает в себя устройство для флотации, состоящей из флотационной камеры, в которую вводят флокулированную неочищенную воду, смешанную с микропузырьками, произведенным узлом повышения и сброса давления, модули сбора, размещенные во флотационной камере, оборудованные перфорированным сборным устройством. Недостатком данного устройства в том, что микропузырьки воздуха не калибруют по размерам, а создают в результате простого перемешивания, при котором имеется не управляемое качество дисперсность воздуха.
Предлагается устройство улучшению режима напорного флотатора. Схема напорного флотатора состоит из флотационной камеры, перфорируемого сборного устройства, узлом повышения и сброса давления, напорного бака, модулей сбора. В данную технологическую схему, согласно изобретению, предлагается устройство приготовления водовоздушной смеси для растворения его под давлением в напорном баке.
Данное устройство устраняет недостатки аналогичных устройств и создает новые технологические возможности:
- увеличение уровня насыщения воды сжатым воздухом;
- регулируется оптимальное время смешения воды и воздуха;
- не меняя производительность установки, имеется возможность изменять скорости смешения воды и воздуха в смесителях;
- конструктивно, за счет размеров пор до 5 мкм, в фильтрующих картриджах устанавливаются необходимые размеры микропузырьков воздуха.
Перечень фигур чертежа. Данное устройство состоит из следующих последовательно расположенных и технологически связанных конструктивных элементов: флотационный насос 1, который поднимает давление воды до 5-7 атм; расходомеры для воды 2, которые контролируют количество воды для флотации; запорной арматурой 3, для создания нескольких технологических схем: последовательном, параллельном, в смешанных вариантах; компрессор 4 для создания повышенного давления воздуха, более чем давление во флотационном насосе; счетчики расхода газа 5 с вентилями 6, корректирующие соотношение воздуха с водой в смесителях; смесители 7, создающих равномерную смесь воды и воздуха; напорный бак 8, который растворяет воздух в воде до полного насыщения; флотационные камеры 9, которые дают возможность выйти воздуху на поверхность воды вместе с флотируемыми примесями; смесители 7 для подачи и отвода воды; фильтрующие цилиндрические картриджи 13, которые могут создавать с воздухом диспергированные микропузырьки с размером до 5 мкм; патрубки 14 для подачи сжатого воздуха.
Работает данное устройство таким способом. Технологические элементы устройства, связанные между собой последовательно по движению воды, воздуха, смеси. Включается флотационный насос 1 и запорной арматурой 3 устанавливается его рабочий режим по расходу и давлению. Далее вода попадает в смеситель 7, где по спирали происходит движение вдоль картриджа 13. Открывается вентиль 6 на трубопроводе сжатого воздуха, и по расходомеру выставляется количество подаваемого воздуха в систему. Воздух в систему поступает в диспергированном виде (дисперсность микропузырьков до 5 мкм воздуха создается фильтрующим картриджем 13 с размерами пор до 5 мкм), смесителем равномерно смешиваются стоки в объеме, так как конструктивно создают скорость подачи стоков до 7 м/с, а из-за кругового движения стоков между внешней поверхности картриджа 13 и стенками трубы 10 происходит их интенсивное перемешивание. По технологии выбирают схему соединения из нескольких смесителей для создания необходимой производительности и степени насыщения воздуха в созданной эмульгированной водовоздушной смеси.
Данным устройством можно выбирать время смешения до 10 с. Таким образом, данное устройство выполняет несколько технологических задач:
- по счетчикам жидкости и воздуха создается оптимальный процентный состав водовоздушной смеси для проведения флотации;
- задается необходимая дисперсность воздуха: по размеру пор картриджей 13 и скорости подачи в устройстве;
- равномерно смешиваются стоки с воздухом;
- задается необходимое время процесса смешения.
Для решения технологических задач по большему насыщению стоков очищающим воздухом, в связи с ограничением пропускной способности фильтрующих картриджей, увеличением (или уменьшением) времени смешения воды с воздухом, уменьшением (или увеличением) гидравлического сопротивления, предлагается эти смесители создавать одной конструкции из нескольких штук с обвязкой их последовательно, параллельно и в смешанных режимах. Эффективность работы смесителей будет определяться, кроме эффективности очистки, также и внешними факторами: толщиной и устойчивостью по времени нефтешламов на зеркале флотатора; количество воздуха, выпускаемое с напорного бака, должно быть минимально.
Литература. 1. Мацнев А. И. Очистки сточной воды флотацией. К.: Будiвельник, 1977. -128 с.
2. Патенты России: RU 2272786, 27.03.2006, RU 2323160, 27.04.2008.