Установка для очистки воды флотацией
Изобретение относится к области обработки воды, в частности к устройствам для циркуляционной обработки воды флотацией, и может быть использовано для очистки питьевых вод в быту и пищевой промышленности, а также для доочистки технических и сточных вод промышленных предприятий, содержащих поверхностно-активные вещества. Установка содержит емкость, аэратор и вертикально установленный экстрактор, снабженный внизу раструбом для улавливания пузырьков воздуха, генерируемых аэратором, а вверху приемником пены, насос с всасывающим и нагнетательным патрубками, привод насоса и колонну, установленную в емкости под экстрактором, а аэратор выполнен в виде водовоздушного эжектора с сопловым входным патрубком, сообщенным с нагнетательным патрубком насоса, воздухозаборным патрубком, сообщенным с атмосферой, и выходным патрубком, сообщенным с колонной. При этом всасывающий патрубок насоса сообщен с емкостью. Технический результат: обеспечение повышения производительности установки, улучшение эффективности очистки воды, увеличение ресурса работы установки и снижение затрат на ее обслуживание. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области обработки воды, в частности к устройствам для циркуляционной обработки воды флотацией, и может быть использовано для очистки питьевых вод в быту и пищевой промышленности, а также для доочистки технических и сточных вод промышленных предприятий, содержащих поверхностно-активные вещества.
Известна установка для очистки воды флотацией, содержащая емкость, аэратор и вертикально установленный экстрактор, снабженный внизу раструбом для улавливания пузырьков воздуха, генерируемых аэратором, а вверху приемником пены (UA, патент №25068, С1, МПК-6 C 02 F 1/24, C 02 F 1/40, заявл. 12.07.96, опубл. 25.12.98. бюл. №6; RU, патент-аналог №2119891, C1, МПК-6 C 02 F 1/24, C 02 F 1/40, заявл. 12.07.96, опубл. 10.10.98, бюл. №28).
Аэратор представляет собой головку, содержащую распылитель, выполненный из пористого материала.
Головка аэратора посредством воздуховода соединена с компрессором для нагнетания воздуха.
Недостатком известной установки является несовершенство конструкции аэратора.
Объясняется это тем, что пористый материал быстро засоряется и выходит из строя, а компрессор имеет малый ресурс работы.
В результате, для поддержания установки в работоспособном состоянии необходимо часто производить замену пористого материала и компрессора, что повышает затраты на обслуживание установки.
Кроме того, известная установка имеет низкую производительность и эффективность очистки воды.
Вызвано это тем, что массообмен очищенной и неочищенной воды в емкости и, следовательно, очистка всей массы воды происходит медленно и, преимущественно, за счет естественной конвекции.
Задачей изобретения является следующее.
В установке для очистки воды флотацией, путем применения механических средств принудительной конвекции и циркуляции воды в емкости, а также усовершенствования конструкции аэратора, обеспечить повышение интенсивности массообмена воды в емкости и исключить засорение аэратора, что повышает производительность, улучшает эффективность очистки воды, увеличивает ресурс работы установки и снижает затраты на ее обслуживание.
Поставленная задача решается следующим образом.
Установка для очистки воды флотацией, содержащая емкость, аэратор и вертикально установленный экстрактор, снабженный внизу раструбом для улавливания пузырьков воздуха, генерируемых аэратором, а вверху приемником пены, согласно изобретению, дополнительно содержит насос с всасывающим и нагнетательным патрубками, привод насоса и колонну, установленную в емкости под экстрактором, а аэратор выполнен в виде водовоздушного эжектора с сопловым входным патрубком, сообщенным с нагнетательным патрубком насоса, воздухозаборным патрубком, сообщенным с атмосферой, и выходным патрубком, сообщенным с колонной, при этом всасывающий патрубок насоса сообщен с емкостью.
Приведенные признаки, характеризующие изобретение, являются существенными, так как в совокупности достаточны для обеспечения работоспособности, решения поставленной задачи и идентификации заявляемой установки.
Приведенная совокупность общих /известных/ и отличительных /новых/ от прототипа существенных признаков, которыми характеризуется усовершенствованная установка, является достаточной во всех случаях, на которые распространяется объем правовой защиты, так как решает поставленную задачу.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения, в том числе отличительных /новых/ при их взаимодействии с общими /известными/ признаками, в обеспечении новых технических свойств объекта изобретения, обусловленных решаемой задачей, заключается в следующем.
За счет того, что установка дополнительно содержит насос с всасывающим и нагнетательным патрубками, привод насоса и колонну, то есть механические средства принудительной конвекции и циркуляции воды в емкости, обеспечивается повышение интенсивности массообмена воды в емкости. В результате этого повышается производительность и эффективность очистки воды в установке.
В связи с тем, что аэратор выполнен в виде водовоздушного эжектора, то есть струйного аппарата, обеспечивается активная эжекция воздуха из атмосферы через воздухозаборный патрубок скоростной струей воды, проходящей через сопловой входной патрубок, интенсивное генерирование пузырьков воздуха и подача водовоздушной смеси из выходного патрубка в колонну.
При этом водовоздушный эжектор не засоряется и не требует периодической замены.
За счет этого повышается производительность и эффективность очистки воды, увеличивается ресурс работы установки и снижаются затраты на ее обслуживание.
В связи с тем, что всасывающий патрубок насоса сообщен с емкостью, достигается забор воды из емкости насосом и ее оборотная циркуляция в установке, за счет чего обеспечивается повышение производительности и эффективности очистки воды.
Кроме того, установка для очистки воды флотацией имеет и другие отличительные признаки, которые дополняют изобретение и используются для улучшения его технических свойств.
Так, в установке для очистки воды флотацией, согласно изобретению, в нижней части колонны установлена заглушка, раструб экстрактора расположен внутри колонны с кольцевым зазором, а в верхней части колонны установлен дренажный патрубок, который расположен выше плоскости среза раструба экстрактора и сообщен с емкостью.
Установка заглушки в нижней части колонны изолирует объем воды в колонне от объема воды в емкости и обеспечивает интенсивную циркуляцию в ней воды и пузырьков воздуха, поступающих из водовоздушного эжектора, за счет чего повышается производительность и эффективность очистки воды.
Расположение раструба экстрактора внутри колонны с кольцевым зазором обеспечивает под действием динамического напора водовоздушной смеси эжектора подъем очищенной воды в колонне через упомянутый кольцевой зазор выше плоскости среза раструба экстрактора для возврата ее в емкость.
Установка дренажного патрубка выше плоскости среза раструба экстрактора и его связь с емкостью обеспечивают перелив очищенной воды из колонны и в емкость. Это способствует повышению интенсивности массообмена очищенной и неочищенной воды в емкости при оборотной ее циркуляции.
В установке для очистки воды флотацией, согласно изобретению, экстрактор выполнен в виде пучка экстракционных трубок, закрепленных в приемнике пены с помощью трубной решетки.
Такое усовершенствование конструкции экстрактора создает кассетное расположение экстракционных трубок, что, при сохранении высокой экстракционной способности отдельных трубок, обеспечивает увеличение суммарного проходного сечения и пропускной способности экстрактора.
За счет этого повышается производительность и эффективность очистки воды, как экстрактора, так и установки в целом.
Кроме того, установка для очистки воды флотацией, согласно изобретению, дополнительно содержит сообщенные между собой обратный клапан, ресивер с контактным датчиком давления и выходной запорный клапан, при этом вход обратного клапана сообщен с напорным патрубком насоса, а контактный датчик давления коммутирован с приводом таким образом, что, при снижении давления в ресивере до номинального, он включает привод, а, при повышении давления в ресивере выше номинального, он выключает привод.
Такое усовершенствование установки позволяет автоматически включать или выключать привод и насос, что снижает энергопотребление и повышает экономичность установки.
Открытие выходного запорного клапана вызывает снижение давления в ресивере до номинального, обеспечивает автоматическое включение насоса контактным датчиком давления, запуск насоса и подачу очищенной воды из емкости к потребителю.
Закрытие выходного запорного клапана вызывает повышение давления в ресивере выше номинального, обеспечивает автоматическое выключение насоса контактным датчиком давления, остановку насоса и прекращение подачи очищенной воды из емкости к потребителю.
В дальнейшем изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема установки для очистки воды флотацией, и подробным описанием его осуществления.
Установка для очистки воды флотацией содержит емкость 1, аэратор 2 и вертикально установленный экстрактор 3, снабженный внизу раструбом 4 для улавливания пузырьков воздуха, генерируемых аэратором 2, а вверху приемником 5 пены.
Установка дополнительно содержит насос 6 с всасывающим и нагнетательным патрубками 7, 8, привод 9 насоса 6 и колонну 10, установленную в емкости 1 под экстрактором 3.
Аэратор 2 выполнен в виде водовоздушного эжектора 11 с сопловым входным патрубком 12, сообщенным с нагнетательным патрубком 8 насоса 6, воздухозаборным патрубком 13, сообщенным с атмосферой, и выходным патрубком 14, сообщенным с колонной 10.
Всасывающий патрубок 7 насоса 6 сообщен с емкостью 1.
В нижней части колонны 10 установлена заглушка 15.
Раструб 4 экстрактора 3 расположен внутри колонны 10 с кольцевым зазором S.
В верхней части колонны 10 установлен дренажный патрубок 16, который расположен выше плоскости среза раструба 4 экстрактора 3 и сообщен с емкостью 1.
Экстрактор 3 выполнен в виде пучка экстракционных трубок 17, закрепленных в приемнике 5 пены с помощью трубной решетки 18.
Трубная решетка 18 герметично закреплена внутри приемника 5 пены и служит одновременно элементом крепления экстракционных трубок 17 и дном приемника 5 пены экстрактора 3.
Установка дополнительно содержит сообщенные между собой обратный клапан 19, ресивер 20 с контактным датчиком 21 давления и выходной запорный клапан 22.
Вход обратного клапана 19 сообщен с напорным патрубком 8 насоса 6.
Контактный датчик 21 давления коммутирован с приводом 9 таким образом, что, при снижении давления в ресивере 20 до номинального, он включает привод 9, а, при повышении давления в ресивере 20 выше номинального, он выключает привод 9.
Насос 6 выполнен в виде центробежного насоса, а привод 9 выполнен в виде электродвигателя.
Привод 9 соединен с насосом 6 муфтой 23.
Всасывающий патрубок 7 насоса 6 сообщен с емкостью 1 всасывающей магистралью 24.
Нагнетательный патрубок 8 насоса 6 сообщен с сопловым входным патрубком 12 эжектора 11 и с входом обратного клапана 19 нагнетательной магистралью 25.
Обратный клапан 19, ресивер 20 с контактным датчиком 21 давления и выходной запорный клапан 22 сообщены между собой выходной магистралью 26.
Выходной патрубок 14 эжектора 11 сообщен с колонной 10 циркуляционной магистралью 27.
Дренажный патрубок 16 сообщен с емкостью 1 дренажной магистралью 28.
Для заправки емкости 1 водой из водопроводной сети установка содержит заправочную магистраль 29 с входным запорным клапаном 30.
Для удаления экстракта приемник 5 пены экстрактора 3 содержит сливной патрубок 31, сообщенный с канализацией /на чертеже не показано/ сливной магистралью 32, снабженной сливным запорным клапаном 33.
Сливной патрубок 31 установлен выше трубной решетки 18 экстрактора 3.
Для коммутации привода 9 устройство содержит выключатели 34, 35.
Выключатель 34 обеспечивает прямое подключение привода 9 к электрической сети в режиме очистки воды.
Выключатель 35 обеспечивает подключение привода 9 к электрической сети через контактный датчик 21 давления в режиме потребления очищенной воды.
Установка для очистки воды флотацией работает следующим образом.
В исходном положении выходной запорный клапан 22 закрыт, а выключатели 34, 35 находятся в разомкнутом положении.
Затем открывают входной запорный клапан 30 и через заправочную магистраль 29 емкость 1 заполняют водой из водопроводной сети до проектного уровня.
Выключателем 34 включают привод 9, который через муфту 23 передает крутящий момент насосу 6.
Насос 6 производит забор воды из емкости 1 через всасывающую магистраль 24 и всасывающий патрубок 7, а также подачу воды под давлением через нагнетательный патрубок 8 и нагнетательную магистраль 25 в сопловой входной патрубок 12 эжектора 11.
При этом в связи с тем, что выходной запорный клапан 22 закрыт, давление в ресивере 20, контролируемое контактным датчиком 21, возрастает выше номинального, и электрическая цепь между контактами упомянутого датчика 21 размыкается.
В эжекторе 11 струя воды создает разрежение, в результате чего через воздухозаборный патрубок 13 происходит эжекция /подсос/ воздуха из атмосферы и его смешение с водой.
Вода, насыщенная пузырьками воздуха, из выходного патрубка 14 эжектора 11 в виде водовоздушной смеси поступает в колонну 10 под давлением через циркуляционную магистраль 27.
В колонне 10 вода с пузырьками воздуха восходящим потоком поднимается вверх.
При этом поверхностно-активные вещества (ПАВ), находящиеся в воде, адсорбируются на пузырьках воздуха.
Пузырьки воздуха с ПАВ улавливаются раструбом 4 и восходящим потоком поднимаются по экстракционным трубкам 17 экстрактора 3 в виде пузырьково-жидкостного столба, который трансформируется в серию жидкостных пленок пены, копланарно перемещающихся вверх и состоящих из концентрированных растворов ПАВ.
Пленки поднимаются вверх и освобождаются от избытка воды, которая стекает по стенкам экстракционных трубок 17 экстрактора 3 вниз.
На выходе из экстрактора 3 пленки лопаются.
Извлеченный из воды концентрат ПАВ в виде пены аккумулируется в приемнике 5.
Пена из приемника 5 самотеком непрерывно, при постоянно открытом сливном запорном клапане 33, или периодически, при временно открытом сливном запорном клапане 33, удаляется через сливной патрубок 31 и сливную магистраль 32 в канализацию.
При этом частично очищенная вода под действием гидродинамического напора поднимается через кольцевой зазор S между раструбом 4 экстрактора 3 и колонной 10 до уровня расположения дренажного патрубка 16.
Избыток воды из колонны 10 через дренажный патрубок 16 и дренажную магистраль 28 переливается в емкость 1, где частично очищенная и неочищенная вода перемешиваются, а уровень концентрации ПАВ уменьшается и усредняется.
При постоянной работе привода 9 и насоса 6 происходит циркуляционный оборотный непрерывный процесс очистки воды от ПАВ, который включает следующую последовательность операций.
Забор воды из емкости 1 насосом 6 через всасывающую магистраль 24 и всасывающий патрубок 7.
Подачу воды насосом 6 под давлением через нагнетательный патрубок 8 и нагнетательную магистраль 25 в сопловой входной патрубок 12 эжектора 11.
Насыщение воды пузырьками воздуха в эжекторе 11.
Подачу воды, насыщенной пузырьками воздуха, из выходного патрубка 14 эжектора 11 в колонну 10 под давлением через циркуляционную магистраль 27.
Очистку воды в колонне 10 флотацией.
Перелив очищенной воды через дренажный патрубок 16 и дренажную магистраль 28 в емкость 1.
Перемешивание очищенной и неочищенной воды в емкости 1, сопровождаемое постепенным снижением концентрации ПАВ воды в емкости 1.
По достижении нижнего критического уровня концентрации ПАВ в очищаемом объеме воды в емкости 1 пузырьково-жидкостной столб теряет способность образовывать жидкостные пленки в экстракционных трубках 17 и экстрактор 3 прекращает работу.
Это свидетельствует о том, что в емкости 1 очистка воды от ПАВ завершена.
Например, в экспериментальной установке с емкостью 1 объемом 200 литров период очистки составил примерно 2 часа.
Очищенную воду из емкости 1 подают к потребителю.
Для этого выключатель 34 размыкают, открывают выходной запорный клапан 22 и замыкают выключатель 35.
Давление в ресивере 20 падает до номинального, обратный клапан 19 открывается, контакты датчика 21 замыкают электрическую цепь и включают привод 9, который через муфту 23 передает крутящий момент насосу 6.
Насос 6 производит забор воды из емкости 1 через всасывающую магистраль 24 и всасывающий патрубок 7 и подачу воды через нагнетательный патрубок 8 и нагнетательную магистраль 25.
В дальнейшем вода по пути наименьшего гидравлического сопротивления через обратный клапан 19, ресивер 20, выходной запорный клапан 22 и выходную магистраль 26 поступает к потребителю.
После частичного или полного опорожнения емкости 1 выходной запорный клапан 22 закрывают, выключатель 35 размыкают и отключают привод 9 от электрической сети.
Этот процесс многократно повторяют.
В этой установке для очистки воды флотацией за счет применения механических средств принудительной конвекции и циркуляции воды в емкости, а также усовершенствования конструкции аэратора, обеспечивается повышение интенсивности массообмена воды в емкости и исключается возможность засорения аэратора.
Такое усовершенствование позволяет повысить производительность, улучшить эффективность очистки воды, увеличить ресурс работы установки и снизить затраты на ее обслуживание.
Изобретение может быть многократно осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования, обычных комплектующих элементов, известных материалов и технологии, как на малых, так и на крупных предприятиях.
1. Установка для очистки воды флотацией, содержащая емкость, аэратор и вертикально установленный экстрактор, снабженный внизу раструбом для улавливания пузырьков воздуха, генерируемых аэратором, а вверху приемником пены, отличающаяся тем, что дополнительно содержит насос с всасывающим и нагнетательным патрубками, привод насоса и колонну, установленную в емкости под экстрактором, а аэратор выполнен в виде водовоздушного эжектора с сопловым входным патрубком, сообщенным с нагнетательным патрубком насоса, воздухозаборным патрубком, сообщенным с атмосферой, и выходным патрубком, сообщенным с колонной, при этом всасывающий патрубок насоса сообщен с емкостью.
2. Установка для очистки воды флотацией по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части колонны установлена заглушка, раструб экстрактора расположен внутри колонны с кольцевым зазором, а в верхней части колонны установлен дренажный патрубок, который расположен выше плоскости среза раструба экстрактора и сообщен с емкостью.
3. Установка для очистки воды флотацией по п.1, отличающаяся тем, что экстрактор выполнен в виде пучка экстракционных трубок, закрепленных в приемнике пены с помощью трубной решетки.
4. Установка для очистки воды флотацией по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сообщенные между собой обратный клапан, ресивер с контактным датчиком давления и выходной запорный клапан, при этом вход обратного клапана сообщен с напорным патрубком насоса, а контактный датчик давления коммутирован с приводом таким образом, что при снижении давления в ресивере до номинального он включает привод, а при повышении давления в ресивере выше номинального он выключает привод.
