Способ и установка для очистки сточных вод от взвешенных волокнистых загрязнений

 

Использование: в технологии хлопкоочистки и производства нитратов целлюлозы. С целью повышения эффективности очистки сточных вод, снижения эксплуатационных затрат на аэрацию воды и уменьшения габаритов предлагается очистку сточных вод проводить в несколько стадий методом флотации. При этом часть очищенных вод отсасывается из потока, аэрируется давлением воздуха в напорной линии насоса. Аэрированный поток разделяется по объему на два в соотношении 1: 2, меньший из которых подают на первую стадию очистки, а второй - на последующие стадии. На всех стадиях аэрированные потоки инжектируют с последующим смешиванием со сточными водами во флотационные камеры, а удаление пены осуществляют из камер эрлифтом. Перед флотационными камерами установлен разделительный бачок, при этом насос сообщен с аппаратом аэрирования, который выполнен в виде емкости, снабженной диском с форсунками, связанным с приводом двумя тангенциальными, направленными в сторону вращения диска, патрубками для ввода жидкой фазы, отделяющими верхнюю часть аппарата с патрубками от нижней части с диском. К конфузору флотационных камер снизу пристыкована цилиндрическая обечайка, образующая вместе с соплом подачи аэрированной воды инжектор, а сверху его - цилиндрическая обечайка, которая охватывается с образованием кольцевой полости обечайкой диффузора с диаметром нижнего основания, меньшим диаметра цилиндрической обечайки конфузора, а в его вершине имеется патрубок, который вместе с воздушным соплом образует эрлифт. Флотационные камеры сгруппированы в секции по стадиям очистки, секции выполнены из двух вертикальных и горизонтальной перегородок, отделяющих стадии очистки, а камеры смонтированы на горизонтальной перегородке. 2 с. п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к установкам, где обращаются и разделяются волокнистые материалы и жидкости, способам и устройствам для очистки сточных вод этих производств. Наиболее широко в процессах хлопкоочистки и производствах нитратов целлюлозы для очистки сточных вод от взвешенных волокнистых материалов используется метод седиментации в горизонтальных и вертикальных отстойниках. Данный метод имеет низкую эффективность очистки, не превышающую в реальных условиях 70% К тому при этом требуются большие площади для строительства капитальных сооружений.

Известны способы и устройства для очистки сточных вод, в частности, содержащих нефтепродукты, а также твердые частицы с плотностью, превышающей плотность воды, методом флотации, основанном на агломерации пузырьков воздуха с твердыми или жидкими частицами с последующим движением агломератов на поверхности воды.

Известен способ, по которому очищаемую воду аэрируют воздухом, нагнетают насосом в линию, где воздух растворяется под давлением. Затем давление сбрасывается, и обрабатываемая вода поступает в вертикальную трубу. Через эту трубу воду подают в реактор, из конической верхней горловины которого, отводятся всплывшие частицы загрязнений. Очищенную воду отводят из нижней части реактора через вертикальную трубу, служащую одновременно гидравлическим затвором [1] Данный способ имеет следующие недостатки. Наряду с флотационным используется метод фильтрации, что в принципе неприменимо для сточных вод, содержащих взвешенные частицы, так как фильтры имеют короткий период фильтроцикла и не способны полностью регенерироваться в связи с невозможностью удаления волокнистых частиц. По данному способу предусматривается аэрация всей очищаемой воды, что требует значительных энергозатрат.

Известно устройство для очистки промышленных сточных вод, содержащее конфузорно-диффузорную камеру, патрубок отвода пенного продукта флотации и снабженное разделительной диафрагмой, образующей междиафрагменное пространство. Устройство работает следующим образом. На первой ступени очистки происходит осаждение крупных частиц. Воды, далее поднимаясь в диффузорную часть, аэрируются сатурированной водой, и происходит флотация более мелких частиц. Осевшие частицы удаляются через донный патрубок, пенный слой через верхнюю горловину [2] Данное устройство имеет следующие недостатки. Имеет место разрушение пены, и при этом часть мелкодисперсных частиц будет уноситься с восходящим потоком осветленной воды, загрязняя ее. Удаление осадка производится периодически, что ухудшает функциональные возможности устройства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническому результату является способ и установка для очистки сточных вод от волокнистых загрязнений [3] Способ очистки сточных вод от волокнистых загрязнений заключается в многостадийной их обработке методом флотации, состоящим из операций отсасывания из потока части очищенных вод насосом, аэрирования вод под давлением воздухом, смешивания аэрированной воды с очищаемой, флотации взвешенных частиц последовательно на нескольких стадиях очистки, и удаления флотационной пены на каждой стадии.

Установка для очистки сточных вод от волокнистых загрязнений содержит патрубок подачи сточных вод, насос, аппарат аэрирования, флотационные камеры и связывающие их коммуникации, причем выход последней флотационной камеры сообщен со сливным патрубком.

В известном способе и устройстве сырую воду засасывают путем создания разрежения и пропускают через фильтр, установленный в камере разрежения. Частичный поток сырой воды засасывают через место ввода воздушной затравки подкачивающим насосом и нагнетают в сатуратор, а оттуда через дроссельный вентиль подают на инжектор сырой воды. Последний соединен с камерой так, что сырая вода проходит через фильтр. Одновременно благодаря всасывающему действию насоса и инжектора сырая вода поступает в камеру, в то время как потоки воды, смешавшиеся в инжекторе, поступают на флотационную установку.

Однако указанный способ и устройство отличаются невысокой эффективностью очистки, которая достигает лишь 80% Кроме того, насыщение воды воздухом производится во всасывающей линии насоса, что приводит к возникновению кавитационных эффектов.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод, снижение эксплуатационных затрат на аэрацию воды, уменьшение габаритов установки.

Это обеспечивается тем, что процесс очистки сточных вод ведут путем многостадийной их обработки с использованием флотации. Часть очищенных на установке вод отсасывается из потока насосом, аэрируется в напорной линии после насоса давлением воздуха, превышающем давление, создаваемое насосом, и путем механического диспергирования жидкой и газообразной фаз в аппарате аэрирования. Аэрированный поток разделяется по объему на два потока в соотношении 1: 2. Первый поток, отбираемый из верхней части объема и содержащий диспергированный и растворенный в воде воздух, поступает на первую стадию для флотации крупных частиц, второй, содержащий растворенный в воде воздух на последующие стадии. На всех стадиях очистки аэрированные потоки затем инжектируют с последующим смешением со сточными водами во флотационные камеры. Флотационные камеры выполнены в виде конфузорно-диффузорных инжекторов и расположены в объеме очищаемой воды. Аэрируемые потоки и сточные воды смешиваются с падением давления и выделением пузырьков растворенного воздуха. Удаление флотационной пены производится из камер эрлифтом.

Установка для осуществления указанного способа содержит аппарат аэрирования, выполненный в виде емкости, снабженной вращающимся диском с форсунками, двумя тангенциальными направленными в сторону вращения диска патрубками для ввода жидкой фазы, двумя патрубками подвода сжатого воздуха, один из которых направлен непосредственно в закрученный поток, а другой под вращающийся диск. В нижней конической части емкости имеется патрубок для выхода аэрированного потока. В состав установки входит разделительный бачок, расположенный после аппарата аэрирования перед флотационными камерами и выполненный в виде вертикального цилиндра с патрубком в цилиндрической части для входа аэрированного потока и патрубками в крышке и дне для выхода двух разделяемых потоков и флотационные камеры. Последние выполнены в виде цилиндрической обечайки в основании с входящим в нее соплом, обоими элементами, образующими инжектор. К инжектору пристыкован конфузор, имеющий в верхней части цилиндрическую обечайку. Сверху над конфузором размещается диффузор, охватывающий снаружи своей цилиндрической обечайкой цилиндрическую обечайку конфузора, образуя кольцевую полость между ними. В диффузоре имеется коническая обечайка, диаметр основания которой меньше диаметра цилиндрической обечайки конфузора. В верхней части диффузора имеется патрубок, который вместе с воздушным соплом образует эрлифт для отвода флотационной пены. Флотационные камеры сгруппированы в секции по стадиям очистки, которые выполнены из двух вертикальных и горизонтальной перегородок. Флотационные камеры смонтированы на горизонтальной перегородке, причем под перегородкой находится инжектор, а конфузорно-диффузорная часть размещена над перегородкой. Две боковые вертикальные перегородки, состыкованные с горизонтальной перегородкой, отделяют секции друг от друга.

Многостадийная очистка позволяет достигнуть эффективности очистки 99,9% вследствие того, что на первой стадии идет флотация крупных частиц водо-воздушной смесью, имеющей наряду с мелкими крупные пузырьки воздуха, образованные в процессе диспергирования, а на последующих стадиях флотируются мелкие частицы пузырьками воздуха, образующимися из раствора. Аэрация части очищенной воды путем механического диспергирования позволяет снизить энергозатраты на ведение процесса очистки, а проведение ее в нагнетательной линии насоса удлиняет срок службы последнего. Конструкция секций с флотационными камерами, размещенными в них, позволяет монтировать установку в существующих системах водоочистки при существующем зачастую самотечном поступлении сточных вод на данной системе. При наличии совокупности признаков, отличительных от прототипа, в частности, аэрация части очищаемой воды в напорной линии после насоса, разделение аэрированного потока на два для флотации последовательно крупных частиц и более мелких на последующих, заключающихся также в конструктивных признаках установки для осуществления способа, позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

При сопоставительном анализе признаков заявляемого технического решения с признаками аналогичных решений в данной и смежных с нею областях выявлено отсутствие следующих признаков разделение аэрированного потока на два, расположение флотационных камер в объеме очищаемой воды, использование эрлифта для удаления флотируемых частиц, а также ряда конструктивных признаков установки. Вышеизложенное позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Пример конкретного исполнения способа реализуется в установке для его осуществления.

На фиг. 1 показана схема установки; на фиг. 2 конструкция флотационной камеры, скомпанованной совместно с секцией; на фиг. 3 конструкция аппарата аэрации и разделительного бачка.

На схеме изображены приемник сточных вод 1 со смонтированными секциями первой 2, второй 3 и третьей 4 стадиями очистки. В секциях установлены флотационные камеры 5. Под камерами имеются коллекторы 6. На выходе из приемника установлена емкость 7 для сбора очищенной воды. Она соединена трубопроводом 8 с всасывающим патрубком насоса 9. Напорный трубопровод 10, образуя разветвления, подключен к двум тангенциальным патрубкам аэратора (11). Далее установлен разделительный бачок 12, соединенный трубопроводами 13 и 14 с коллекторами 6.

На фиг. 2 показаны в схематичном разрезе конструкция секций и флотационной камеры. На коллекторе 6 установлены сопла 15, входящие в цилиндрическую обечайку 16 камеры 5. Обечайка 16 смонтирована на горизонтальной перегородке 17, к которой присоединены вертикальные перегородки 18 и 19, отделяющие одну стадию от другой. К обечайке 16 пристыкован конфузор 20 с обечайкой, охватываемой сверху диффузором 21. В диффузоре имеется коническая обечайка 22, диаметр которой меньше диаметра конфузора 20. В вершине диффузора 21 имеется патрубок 23, который совместно с соплом 24 трубопровода сжатого воздуха образует эрлифт. Для сбора пены имеется желоб 25.

Изображенные на фиг. 3 аэратор 11 и разделительный бачок 12 представляют собой следующее. Аэратор 11 емкость с коническим днищем, в емкости размещен диск 26 с форсунками 27 и установленный на вращающемся валу 28, последний соединен с приводом 29. В верхней головке 30 аэратора 11 имеются тангенциальные патрубки, соединенные с трубопроводом 10 и обечайкой 31. В полость емкости введены два трубопровода 32 для подвода сжатого воздуха. Разделительный бачок 12 представляет собой вертикальную цилиндрическую емкость с патрубками 39, 34 и 35, последний из которых соединен трубопроводом 36 с аэратором 11.

Способ по данному техническому решению осуществляется на установке, работающей следующим образом. Сточные воды процессов хлопкоочистки или производства нитратов целлюлозы, содержащие взвешенные частицы волокнистого характера, поступают самотечно в приемник 1. Из емкости 7 часть очищенной воды поступает в насос 9 и далее по напорному трубопроводу 10 в тангенциальные патрубки аэратора 11 при вращающемся диске 26 (фиг.3). Потоки воды закручиваются при помощи обечайки 31. Одновременно с подачей воды в закрученный поток поступает сжатый воздух из трубопровода 32. Смешанный с воздухом поток далее разгоняется на вращающемся диске 26 и диспергируется через форсунки 27 для увеличения площади контакта воды и воздуха с целью ускорения растворения последнего и диспергирования его с распределением по всему объему аэрированной воды. Давление, создаваемое насосом 9, 0,4-0,45 МПа. Давление сжатого воздуха 0,45-0,5 МПа. Аэрированный поток поступает в разделительный бачок 12, где разделяется на два. Первый через патрубок 33 и трубопровод 13 поступает на коллектор 6 первой секции 2. А второй через патрубок 34 по трубопроводу 14 на коллекторы секции 3 и 4 второй и третьей стадии очистки. Сточные воды под действием гидростатического перепада и посредством инжектирования аэрированной водой, поступающей через сопло 15, поступают в инжектор, где смешиваются с последней. На первой стадии очистки в секции 2 наряду с растворенным в аэрированной воде воздухом присутствуют его пузырьки. При сбросе давления в конфузоре 20 совместно со свободными и пузырьками, выделившимися из раствора, происходит агломерирование пузырьков с волокнистыми частицами. Более крупные частицы флотируются крупными пузырьками воздуха, а мелкие, соответственно, мелкими. На второй и третьей стадиях после удаления на первой крупных частиц ведется последовательная очистка от все более мелкодисперсных, поэтому на секции 3 и 4 из разделительного бачка поступает аэрированная вода, содержащая только растворенный воздух. Флотируемые частицы движутся из конфузора 20 в диффузор 21 и далее по патрубку 23 посредством эрлифта в желоб 25. При разрушении агломератов в конфузорно-диффузорной части камеры 5 за счет конусной обечайки 22 частицы опускаются к инжектору, а не уносятся с осветленной водой. Здесь они вновь способны к агломерации с пузырьками воздуха. Осветленная вода через кольцевую полость между обечайками конфузора 20 и диффузора 21 поступает на последующие стадии очистки и далее через емкость 7 на очистные сооружения для последующей очистки от растворенных в ней веществ. Размещение флотационных камер в объеме очищаемой воды внутри приемника сточных вод позволяет минимизировать расход воздуха для эрлифта и создать равномерность потоков движения очищаемой воды. Собранные в желобе частицы возвращаются в технологический цикл производства.

П р и м е р. В производстве нитратов целлюлозы смонтирована установка, согласно изобретению. Исходные показатели очищаемой воды и технологическими характеристиками установки: Расход поступающих сточных вод, м³/ч 120 Средняя концентра- ция взвешенных ве- ществ в сточных во- дах, г/м³ 100,8 Расход сжатого воз- духа, м³/ч 10 Расход очищенной во- ды, подаваемой на- сосом на аппарат аэрирования, м³/ч 45 Давление сжатого воздуха, МПа 0,5 Давление воды перед аппаратом аэрирования, МПа 0,45 Давление смеси в разделительном бачке, МПа 0,33 Время процесса, ч 10 Результаты измерений, проведенных после каждой стадии очистки, приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для очистки сточных вод от взвешенных волокнистых загрязнений позволяет существенно повысить эффективность очистки (до 99,2% и более), снизить энергозатраты и повысить срок службы насоса.

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод от волокнистых загрязнений, заключающийся в многостадийной их обработке методом флотации, состоящий из операций отсасывания из потока части очищенных вод насосом, аэрирования вод под давлением воздуха, смешивания аэрированной воды с очищаемой, флотации взвешенных частиц последовательно на нескольких стадиях очистки и удаления флотационной пены на каждой стадии, отличающийся тем, что аэрирование части потока производят в напорной линии насоса давлением воздуха, превышающем давление, создаваемое насосом, и путем механического диспергирования жидкой и газообразной фаз в аппарате аэрирования, затем аэрированный поток разделяют на два в объемном соотношении 1 : 2, причем меньший подают на первую стадию очистки, а второй - на последующие, при этом на всех стадиях очистки аэрированные потоки инжектируют с последующим смешиванием со сточными водами во флотационные камеры, а удаление флотационной пены осуществляют из камер эрлифтом.

2. Установка для очистки сточных вод от волокнистых загрязнений, содержащая патрубок подачи сточных вод, насос, аппарат аэрирования, флотационные камеры и связывающие их коммуникации, причем выход последней флотационной камеры сообщен со сливным патрубком, отличающаяся тем, что дополнительно перед флотационными камерами после аппарата аэрирования установлен разделительный бачок, при этом насос сообщен с аппаратом аэрирования, который выполнен в виде емкости, снабженной диском с форсунками, связанным с приводом двумя тангенциальными, направленными в сторону вращения диска, патрубками для ввода жидкой фазы, коаксиальной обечайкой с кольцом, отделяющими верхнюю часть аппарата с патрубками от нижней части с диском, двумя патрубками подвода сжатого воздуха, один из которых подведен в верхнюю часть обечайки, а другой - под диск, а в нижней части имеется патрубок для выхода аэрированного потока, сообщенный со входом разделительного бачка, при этом флотационные камеры сгруппированы в секции по стадиям очистки, секции выполнены из двух вертикальных и соединяющей их горизонтальной перегородок, а флотационные камеры смонтированы над горизонтальной перегородкой, и к конфузору каждой флотационной камеры снизу под горизонтальной перегородкой пристыкована цилиндрическая обечайка с образованием с соплом подачи аэрированной воды инжектора, а сверху конфузора пристыкована цилиндрическая обечайка, которая охватывается с образованием кольцевой полости обечайкой диффузора, при этом в диффузоре установлена коническая обечайка с диаметром нижнего основания, меньшим диаметра цилиндрической обечайки конфузора, а в вершине диффузора имеется патрубок, который вместе с воздушным соплом образует эрлифт, выходная часть которого сообщена с желобом для сбора пены, кроме того, выход разделительного бачка сообщен с соплом подачи аэрированной воды секции первой стадии очистки, а другой выход - с соответствующими соплами подачи аэрированной воды других секций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4