ЦЕНТРОБЕЖНО-ФЛОТАЦИОННЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL FLOTATION SEPARATOR

Центробежно-флотационный сепаратор предназначен для очистки сточных вод от загрязняющих веществ и может быть использован в машиностроении, приборостроении, нефтяной промышленности, строительной индустрии.
Известны устройства и схемы очистки сточных вод на производстве с использованием нескольких ступеней очистки в различных аппаратах. Например, в книге "Инженерно-экологический справочник" (А.С. Тимонин, Калуга, Издательство Н. Бочкаревой 2003-884 с.) описана флотосорбционная очистка с использованием механических методов, фильтрации и угольных сорбентов. Все эти устройства являются материалоемкими и занимают значительные производственные площади.
Известны устройства, в которых несколько процессов очистки совмещаются в одном аппарате. Например, в устройстве "Тонкослойный отстойник"(патент на полезную модель №110284 от 19.05.2011 г. Бюл. №32 от 20.11.2011) реализуется сочетание центробежного разделения и тонкослойного отстаивания. В данном устройстве происходит только механическое очистка, а растворенные загрязнители остаются. Известно устройство "Центробежно-тонкослойный сепаратор" (патент на полезную модель №169536 от 08.08.2016 г. Бюл. №9 от 22.03.2017 г.). В этом устройстве осуществляется сочетание нескольких процессов очистки центробежное разделение, тонкослойное отстаивание, отделение легких фракций в виде пены и сорбционная очистка в насыпных гранулированных составах с непрерывной регенерацией сорбента. Это устройство принято нами за прототип.
Недостатки прототипа:
1. Сочетание восходящих потоков в верхней части тонкослойных пластин нисходящих потоков на выходе из гидроциклонов создает перемешивание потоков и качество очистки снижается.
2. Устройство регенерации сорбента во вращающемся кольцевом барабане выполнено с редуктором, обеспечивающем постоянную скорость вращения барабана, не учитываю исходную концентрацию загрязняющих веществ, а в зависимости от этого интенсивность сорбции и время регенерации значительно меняется.
Технический результат заключается в устранении отмеченных недостатков и повышении качества очистки и предлагается устройство центробежно-флотационный сепаратор.
Технический результат достигается тем, что центробежно-флотационный сепаратор для очистки сточных вод от взвешенных веществ, содержащий цилиндро-конический корпус с патрубками тангенциального подвода сточной воды, отвода воды после очистки, коаксиально расположенных один под другим цилиндро-конических гидроциклонов пеносборник и кольцевой барабан, заполненный сорбирующей засыпкой с приводом от внешнего источника, имеет внутри корпуса над каждым гидроциклоном имеется кольцевое барботажное устройство для подачи флотоагента в верхней части корпуса имеется сужающаяся коническая зона, над которой расположен пеносборник пневматическим отводом шлама, а в нижней части корпуса имеется отводящий канал, под которым находится кольцевой барабан с вертикальной осью вращения, заполненный сорбционной засыпкой, расположенный с условием протекания воды после предварительной очистки из корпуса через сорбционную засыпку и наличием патрубка подачи регенерирующего состава, причем, вращение кольцевого барабана производится от внешнего источника и регулирование скорости вращения кольцевого барабана осуществляется через редуктор и вариатор, выполненный в виде двух конусов с промежуточным роликовым звеном, перемещающийся по оси с тарировочной разметкой.
Предлагаемое устройство представлено на Фиг. 1 - центробежно-флотационный сепаратор - общий вид;
Фиг. 2 - флотатор;
Фиг. 3 - конусный вариатор;
Фиг. 4 - узел регулирования вариатора;
Фиг. 5 - регулировочная линейка.
Центробежно-флотационный сепаратор представляет собой цилиндро-конический корпус 1, внутри которого косиссиально расположено друг на другом несколько гидроциклонов 8, в которые через магистраль 2, через регулировочные краны 3, тангенсально подводится исходная загрязненная сточная вода. Ниже уровня подвода воды, в суживающейся части гидроциклонов 8 расположены флотаторы 9, состоящие из окруженного трубопровода 27 и радиальных трубопроводов 28, имеющих перфорацию. В нижней части корпуса 1 расположен патрубок отвода шлама 12, куда поступает шлам из патрубков 11 каждого гидроциклона 8. Весь шлам, отводимый через патрубок 12 поступает в шламоприемник 13.
В нижней части корпуса 1 находится патрубок отвода воды 41. В верхней части корпуса 1 находится коническая часть 4, над которой расположена камера сбора флотационной пены 6, оборудованная патрубком подвода воздуха 7 для сдува пены и устройством отвода пены 5. Под корпусом 1 установлен кольцевой барабан 15, с вертикальной осью вращения вокруг центрального вала 19. Барабан 15 имеет кольцевую полость, закрытую сверху и снизу не провальными сетками 16, внутри кольцевой полости находятся гранулы насыпного сорбента 17. Барабан 15 расположен, чтобы струя воды, вытекающая из патрубка отвода 41, проходила через слой насыпного сорбента 17 и отводилась через патрубок отвода очищенной воды 26. В другой части барабана 15, над насыпным сорбентом 17 расположен патрубок подвода регенерирующего агента 14 и соосно под ним расположен патрубок отвода регенерирующего агента 18.
i
i
Вращение барабана 15 осуществляется центральным валом 19, который установлен в узлах вращения 25. Вращательный момент на вал 19 передается от электродвигателя 20, через редуктор 21, вариатор 22 и конические шестерни 23 (ведущая) и 24(ведомая). Наличие редуктора 21 и вариатора 22 вызвано тем, что редуктор 21 дискретно ступенчато понижает высокое число оборотов вращения вала электродвигателя, а вариатор 22 позволяет регулировать число оборотов, в зависимости от параметров и характеристик загрязняющих веществ в сточной воде. Вариатор 22 представляет собой механизм взаимодействия двух конических тел - конус ведущий 29 и конус ведомый 35 через промежуточный сателлитный ролик 36. Конусы расположены на валах 30 (ведущего конуса) и 33 (ведомого конуса), которые вращаются в узлах вращения 25. Конусы имеют ограничительные бортики 34. Сателлитный ролик 36 расположен на втулке 31, которая может свободно вращаться на промежуточном валу 32 и имеет возможность предельного перемещения по валу 32. Перемещение втулки 31 по валу 32 осуществляется вращением регулировочного зубчатого колеса 38 и перемещением зубчатой рейки 37, расположенной на втулке 31. Необходимое перемещение рейки 37, а следовательно и втулки 31 вместе с сателлиты роликом 36 контролируется указательной стрелкой 40, но перемещающейся вместе с зубчатой рейкой 37 по мерной шкале 39. Необходимое перемещение втулки 31 вместе с роликом 36 производится по предварительно установленным опытным путям зависимости L = f (C), где L - значение уровня перемещения на мерной линейке, C -исходная концентрация загрязняющих веществ.
Предложенный центробежно-флотационный сепаратор работает следующим образом:
i
нас
предельн.
Исходная сточная вода подается в корпус 1 по магистрали 2 через регулировочные краны 3 и поступает в гидроциклоны 8 через тангенциальные отверстия. В гидроциклонах 8 вода приобретает вращательное движение и под действием центробежных сил крупные частицы загрязняющих веществ отбрасываются к стенкам гидроциклонов 8 и сгущаясь в виде шлама сползают по патрубкам отвода шлама 11 попадают в общий патрубок 12 и отводятся в шлама-приемник 13. Средние и мелкие частицы загрязняющих веществ, а также масла, смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), поверхностно-активные вещества (ПАВ), на которые центробежная сила воздействует слабо, собираются ближе к центральной части гидроциклонов, выходят их верхней открытой части гидроциклонов 8 и попадают в зону флотации. Через патрубки подвода флотоагента (воздуха) 10, одновременно с подачей сточной воды, начинается подача воздуха в флотаторы 9. Выделяющиеся пузырьки воздуха через перфорационные отверстия увлекают наверх мелкие и средние частицы загрязнителей. Вместе с ними поднимаются загрязняющие вещества с удельным весом легче воды - масла, СОЖ, ПАВ. Поднимающаяся флотационная пена в суживающейся части корпуса 4 уплотняется и попадает в камеру сбора флотационной пены 6, откуда продувкой воздухом через патрубок подвода воздухом 7 удаляется в устройстве отвода пены 5. Оставшиеся загрязняющие вещества, которые не подверглись процессу флотации - наиболее мелкие компоненты, растворенные органические вещества (фенолы, ароматические нитро-соединения, красители, ПАВ и др.) с основной массой воды сливаются из корпуса 1 через патрубок отвода воды 41 и попадают в кольцевой барабан 15, где между слоями не провальных сеток 16 находятся гранулы насыпного сорбента 17. Вода проходя через слой гранул сорбента 17 очищается от содержащихся в ней загрязнителей за счет поглощения их сорбентом. Очищенная вода отводится через патрубок 26 потребителям. Через некоторое время слой сорбента 17, через которое протекает вода, исчерпает свою сорбционную емкость и может происходить «проскок», когда вода проходит через слой сорбента не очищенная. Для исключения «проскока» необходимо в зону протекания воды через патрубок 41 подвести свежую порцию сорбента вместо использованной, которая исчерпала сорбционную емкость. Это достигается поворотом барабана 15. Если непрерывно поворачивать барабан с определенной скоростью, то под струей воды, истекающей из патрубка 41 постоянно будет находится свежий слой сорбента. Отработанный слой сорбента при вращении барабана не будет попадать в зону регенерации, где из патрубка 14 подается регенерирующий агент. В качестве регенерирующего состава может быть горячая вода, водяной пар, растворитель или химический раствор, который подбирается исходя из вида конкретного загрязнителя. Регенерирующий агент протекает через слой использованного сорбента, очищает его, восстанавливая первоначальные свойства и выполнив свои функции сливается через патрубок 18. Вращение барабана 15 производится от внешнего привода 20 - электродвигателя, через редуктор 21 и вариатор 22. Редуктор 21 понижает высокие обороты электродвигателя 20, а вариатор 22 позволяет регулировать число оборотов барабана 15 в зависимости от расхода очищаемой воды и концентрации и характеристик загрязнителей. Регулирование предложенного сепаратора производится в следующей последовательности. На основе анализа масштаба и характера образования сточных вод конкретного технологического процесса определяют общий расход сточных вод , который необходимо очищать, вид и содержание загрязняющих веществ . На основании экспериментов определяют зависимости C = f(t) По этим зависимостям выбирая определенный запас до насыщения С, не доводя до «проскока» (запас 10%-15%), устанавливают предельное значение С и определяют необходимое число оборотов . Настройка вариатора осуществляется по зависимости:  (Фиг. 3), а потом по графику (Фиг. 5 и Фиг. 6 выбирают необходимое значение)
Таким образом, используя предлагаемое устройство для очистки промышленных сточных вод и регулируя необходимые параметры режима очистки, обеспечивается высокая степень очистки.