Установка для флотационной очистки воды
Изобретение относится к области химического машиностроения и предназначено для локальной очистки сильнозагрязненных сточных вод, содержащих нефтепродукты, жиры, взвешенные вещества, гидроксиды металлов, СПАВ, органические и другие виды загрязнений. Установка для флотационной очистки воды включает в замкнутой гидравлической схеме гидравлический рециркуляционный узел, состоящий из насосного агрегата с всасывающей и напорной линиями, водовоздушного эжектора и вертикального сатуратора, содержит блок флотационной очистки. Из верхней части сатуратора выведен трубопровод подачи водовоздушной смеси, соединенный посредством сопла с двухзонным устройством, закрепленным снаружи на корпусе блока флотационной очистки. Из нижней части сатуратора выведен напорный распределитель потока с двумя отводами-трубопроводами, соединенными с жидкостным эжектором второй камеры флотационного блока и эжектором гидравлического рециркуляционного узла. Двухзонное устройство представляет собой приемник сточной воды в виде сетчатой корзины, сообщающейся с первой камерой флотационного блока посредством отверстий. Блок флотационной очистки конструктивно сформирован в виде цилиндрического корпуса, переходящего в своей нижней части в усеченный конус. Внутри корпуса по оси симметрии размещена цилиндрическая емкость с плоским днищем и щелью в виде сегмента в последнем, образующая вторую камеру флотации. Первая камера флотации представлена пространством между внутренней поверхностью корпуса блока флотационной очистки и наружной поверхностью второй камеры флотации. В донной части второй камеры флотации размещен трубчатый распределительный коллектор, а по оси симметрии данной камеры - переливная труба с оголовком и скребковый шламоудалитель. Между переливной трубой и внутренней цилиндрической поверхностью второй камеры флотации размещена цилиндрическая перегородка, разделяющая полость второй камеры флотации на две зоны. Полости первой и второй камер флотации в верхней части пересечены шламовым лотком. Технический результат - повышение степени флотационной очистки сточной воды. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.
Изобретение относится к области химического машиностроения и предназначено для локальной очистки сильнозагрязненных сточных вод, содержащих нефтепродукты, жиры, взвешенные вещества, гидроксиды металлов, СПАВ, органические и другие виды загрязнений.
Известен флотатор для очистки жидкости (патент РФ №1836294, МПК C 02 F 1/24), представляющий собой резервуар с бункерным дном, внутри которого установлена флотационная камера с насадкой, трубопроводами подачи сатурированной воды, исходной жидкости и рециркуляции, насадка представляет собой эжектор с соплом, камерой смешения и диффузором в виде усеченных конусов, всасывающий патрубок насоса соединен с трубопроводом очищенной воды, а напорная линия насоса связана с сатуратором, от которого сатурированная вода поступает на эжектор, установленный в камере флотации. При этом рециркуляция жидкости осуществляется в объеме флотируемой жидкости с помощью эжектора, рециркуляционного трубопровода, насоса и сатуратора.
Предложенная конструкция флотатора повышает надежность работы за счет обеспечения неизменного постоянного потока жидкости и стабилизации объема воздуха, необходимого для осуществления процесса очистки, однако эффективность очистки воды при этом снижается в связи с ее существенным разбавлением очищенной водой через гидравлическую схему рециркуляции, а наличие одной камеры флотации, совмещающей в себе и смешение среды, и очистку, не гарантирует достаточно высокого качества очистки, к тому же, использование компрессора приводит к удорожанию процесса очистки.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности установке является установка для флотационной очистки воды (патент РФ №2107032, МПК С 02 F 1/24, опубл. 20.03.1998 г.), содержащая замкнутую гидравлическую магистраль с последовательно включенными основной флотационной камерой и двумя дополнительными флотационными камерами, трубопроводом рециркуляционной воды, имеющим насос, воздушный эжектор и сатуратор, подвод очищаемой воды, причем каждая предыдущая флотационная камера соединена с последующей камерой при помощи эжектора типа «жидкость-жидкость», входы несущей жидкости которых параллельно подсоединены к выходу сатуратора; при этом трубопровод рециркуляционной воды, соединенный с основной флотационной камерой, снабжен также эжектором типа «жидкость-жидкость», вход подсасываемой жидкости которого соединен с подводом очищаемой сточной воды. Флотационные камеры выполнены в виде изолированных друг от друга баков, снабженных полыми перегородками, разделяющими баки на две подкамеры, одна из которых имеет входное отверстие, расположенное в ее донной части, а другая - отверстие для сообщения ее с полостью перегородки в нижней части, при этом перегородки в верхней части имеют выходное отверстие (отверстия), а высота перегородок меньше высоты стенок бака.
Данная установка в гидравлической схеме позволяет принудительно транспортировать очищаемую воду из предыдущей камеры в последующую за счет наличия эжекторов, обеспечивая смешение ее с рециркуляционной водой, насыщенной воздухом. Однако при этом неизбежно снижение эффективности очистки сточной воды по мере обработки ее в движении от первой до последней камеры флотации вследствие значительного разбавления, т.е. снижения концентрации загрязнений очищаемой воды чистой водой, подаваемой из сатуратора. Фактически это подтверждают и авторы указанной выше установки, показывая, что если концентрация, например, нефтепродуктов после очистки в первой камере флотации существенно снижается (в 15,7 раза) по сравнению с исходной в сточной воде, то после третьей камеры флотации концентрация, например, нефтепродуктов снижается лишь в 2,8 раза по сравнению с концентрацией, полученной после предыдущей флотационной камеры.
Данное явление является существенным недостатком изобретения, поскольку возникает проблема рентабельности и технической целесообразности использования многокамерных, с последовательно расположенными камерами - ступенями флотационных устройств.
При этом в данной установке происходит постадийное увеличение гидравлической нагрузки (от первой к последней флотационной камере), что приводит к увеличению габаритных размеров таких камер.
Кроме того, отсутствие отстойных зон во флотационных камерах создает проблему сбора и удаления тяжелых фракций загрязнений из очищаемой воды.
В случае недостаточного объема исходной жидкости, поступающей через эжектор, установленный в колодце накопителе, происходит нежелательный в данной ситуации подсос атмосферного воздуха. Поступая вместе с очищаемой водой в первую камеру флотации, воздух осуществляет интенсивный барботаж во всех трех камерах флотации, приводящий к нарушению процесса удаления пенного продукта и, как следствие, существенному снижению эффективности очистки.
Цель изобретения - разработка конструкции установки, обеспечивающей работу замкнутой гидравлической схемы с постоянной гидравлической нагрузкой и регулирование продолжительности цикла очистки сточной воды в сторону увеличения при уменьшении производительности компактной установки, совмещающей в себе несколько функциональных зон очистки.
Технический результат изобретения - повышение степени флотационной очистки сточной воды.
Поставленная цель достигается тем, что в известной установке для флотационной очистки сточной воды, включающей в замкнутой гидравлической схеме гидравлический рециркуляционный узел, состоящий из насосного агрегата со всасывающей и напорной линиями, и водовоздушный эжектор, содержащей блок флотационной очистки, сатуратор, трубопроводы подачи водовоздушной смеси от сатуратора на блок флотационной очистки, подвод исходной сточной воды, осуществляемый совместно с подачей рециркуляционной воды на вход первой камеры флотации блока флотационной очистки, согласно изобретению гидравлический рециркуляционный узел содержит дополнительно сатуратор вертикального исполнения, из верхней части выведен трубопровод подачи водовоздушной смеси, соединенный посредством сопла с двухзонным устройством, закрепленным снаружи на корпусе двухступенчатого блока флотационной очистки, а из нижней части сатуратора выведен напорный распределитель потока с двумя отводами-трубопроводами, при этом левый отвод-трубопровод соединен с жидкостным эжектором второй ступени-камеры флотационного блока, а правый отвод-трубопровод - с эжектором гидравлического рециркуляционного узла, двухзонное устройство представляет собой приемник сточной воды в виде сетчатой корзины - первой зоны устройства и полость - смеситель - второй зоны устройства для поступления водовоздушной смеси и смешения со сточной водой, двухзонное устройство сообщается с помощью первой ступени-камеры флотационного блока посредством отверстий, выполненных в корпусе последнего, слева и справа от торца шламового лотка, двухступенчатый блок флотационной очистки конструктивно сформирован в виде цилиндрического корпуса, переходящего в своей нижней части в усеченный конус: внутри корпуса по оси симметрии размещена цилиндрическая емкость с плоским днищем и щелью в виде сегмента в последнем, образующие вторую ступень-камеру флотации, а первая ступень-камера флотации представлена пространством между внутренней поверхностью корпуса блока флотационной очистки и наружной поверхностью второй ступени-камеры флотации, первая ступень флотации содержит выпускной патрубок, размещенный в цилиндрической части данной ступени, соединенный всасывающим трубопроводом с насосным агрегатом, а усеченный конус первой ступени флотации формирует зону отстоя тяжелой фракции загрязнений, в донной части второй ступени флотации размещен трубчатый распределительный коллектор, имеющий отверстия по всей длине, обращенные вниз, а по оси симметрии данной ступени установлена вертикально переливная труба с оголовком и скребковым шламоудалителем в верхней ее части, опирающаяся на плоское днище камеры, между переливной трубой и внутренней цилиндрической поверхностью второй ступени-камеры флотации размещена цилиндрическая перегородка, закрепленная на плоском днище и разделяющая полость второй ступени флотации на две зоны, а полости первой и второй ступеней флотации в верхней чести пересечены шламовым лотком, в нижней части оголовка переливной трубы второй ступени-камеры флотации установлен датчик уровней воды.
Принципиальная гидравлическая схема установки и устройство двухступенчатого блока флотационной очистки представлены на фиг.1, 2, 3, 4.
Установка включает: основной технологический блок, содержащий корпус 1 (фиг.1), выполненный в верхней части в виде цилиндра, переходящего в нижней части в усеченный конус 2; внутренняя поверхность корпуса 1 совместно с наружной поверхностью цилиндрической емкости 3, имеющей плоское днище 4, образуют полость первой камеры флотации 5, а центральная полость, образованная цилиндрической емкостью 3 с плоским днищем 4, формирует вторую камеру флотации 6, единого флотационного блока. Конусная часть 2 корпуса 1 флотационного блока предназначена для отстаивания и сбора частиц тяжелых фракций загрязнений, оседающих в процессе движения и флотации сточной воды в первой камере флотации 5. Внизу конусной части 2 корпуса 1 расположена линия удаления осадка 38. Полости первой 5 и второй 6 камер флотации пересечены шламовым лотком 7 с патрубком 40 (фиг.3, 4), через который пенный продукт флотации отводится в накопительную емкость (не показана).
На наружной поверхности в верхней части корпуса 1 закреплено двухзонное устройство 8 (фиг.1), содержащее приемник в виде сетчатой корзины 9 для ввода сточной воды (первая зона устройства) и полость 10 для принятия водовоздушной смеси и смешения со сточной водой (вторая зона устройства). Приемник 9 предназначен для улавливания нефлотируемой крупнофракционной взвеси и мусора различного происхождения, а полость 10 обеспечивает прием водовоздушной смеси, поступающей из верхней части сатуратора 11 и смешение последней со сточной водой, поступающей из приемника 9.
Подвод водовоздушной смеси из верхней части сатуратора 11 осуществляется посредством трубопровода 12 и сопла 13, установленного на входе в полость 10. Подвод сточной воды в приемник 9 двухзонного устройства 8 осуществляется через патрубок 15 (фиг.1), а полость 10 двухзонного устройства 8 сообщается с полостью первой камеры флотации 5 посредством отверстий 14 (фиг.3), выполненных в корпусе 1 блока флотации, слева и справа от торца шламового лотка 7. С противоположной стороны относительно двухзонного устройства 8 расположен выпускной патрубок 16 первой камеры флотации 5, предназначенный для перетока очищаемой воды во всасывающую линию 17 насосного агрегата 18.
Днище 4 (фиг.1) второй камеры флотации 6 имеет щель 19 в виде сегмента, сообщающуюся с первой камерой 5 и предназначенную для перелива избытка очищаемой воды через выпускной патрубок 16 первой камеры флотации во всасывающую линию 17 насосного агрегата 18.
На напорной линии 20 второй камеры флотации 6 на входе в последнюю установлен жидкостной эжектор 21, предназначенный для введения в очищаемую воду и растворов химических реагентов (патрубок 22), обеспечивающих выделение и флокуляцию растворенных в очищаемой воде веществ. Эжектор 21 соединен с трубчатым распределительным коллектором 23 (фиг.3, 4), размещенным в донной части камеры 6, имеющим отверстия по всей длине, обращенные вниз. В центральной части второй камеры флотации 6 по оси симметрии камеры установлена вертикально переливная труба 24 (фиг.3), опирающаяся на днище 4 камеры. Переливная труба 24 обеспечивает переток очищенной воды из нижней части камеры 6 в свою верхнюю часть и далее через патрубок 25 потребителю или на сброс.
В верхней части переливной трубы 24 (фиг.3) на оголовке 36 смонтирован скребковый шламоудалитель 26 (фиг.2) с приводом 27, обслуживающий одновременно первую 5 и вторую 6 камеры флотации.
Между переливной трубой 24 (фиг.3) и цилиндрической емкостью 3 (фиг.2) размещена цилиндрическая перегородка 28, закрепленная на днище 4, разделяющая вторую камеру флотации 6 на две флотационные зоны 29 и 30 (фиг.2, 4).
Эжектор 31 (фиг.1) с патрубками подвода атмосферного воздуха 32 и химического реагента 33 соответственно, соединенный с насосным агрегатом 18, вместе с напорным трубопроводом 34, связывающим насосный агрегат 18 с верхней частью сатуратора 11, сатуратор 11, соединенный в нижней части через напорный распределитель потока 41 напорной линии 35 с эжектором 31, а также всасывающая линия 17 от выхода с первой камеры флотации 5, образуют гидравлический рециркуляционный узел, обеспечивающий циклическую подготовку и смешение очищаемой воды с необходимыми рабочими агентами (атмосферным воздухом, флокулянтом, коагулянтом и предварительно очищенной водой) перед флотационной очисткой.
Данный рециркуляционный узел в установившемся технологическом цикле очистки сточной воды «питается» от первой камеры флотации 5 (фиг.1) с помощью выпускного патрубка 16, соединенного всасывающей линией 17 с насосным агрегатом 18.
В нижней части оголовка 36 переливной трубы 24 (фиг.3) установлен датчик уровней 37 (фиг.4) в месте допустимого уровня очищенной воды, поступающей на сброс, который при подъеме уровня очищенной воды выше допускаемого включает в работу насосный агрегат 18 (фиг.1) и шламоудалитель 26 (фиг.2).
Установка работает следующим образом.
С помощью погружного насоса из приемного колодца сточная вода подается по трубопроводу через патрубок 15 (фиг.1) в приемник 9 двухзонного устройства 8. Одновременно с этим из верхней части сатуратора 11 по трубопроводу 12 через сопло 13 в полость 10 двухзонного устройства 8 поступает избыточная часть многокомпонентной среды (содержащей очищаемую воду, атмосферный воздух и раствор химического реагента). При этом в приемнике 9 из сточной воды улавливаются крупные частицы взвеси и мусор различного происхождения, а в полости 10 происходит предфлотационная и частичная флотационная очистка исходной воды в процессе ее смешения с многокомпонентной средой, поступающей из верхней части сатуратора 11.
Водовоздушная смесь при входе из сопла 13 (фиг.1) резко теряет давление, и выделяющиеся из смеси пузырьки воздуха захватывают крупные взвешенные частицы загрязнений, которые устремляются в первую камеру флотации 5 вместе с потоком воды через отверстия 14 (фиг.3), выполненные в корпусе 1 двухступенчатого флотационного блока, разделяющимся торцом шламового лотка 7 (фиг.3, 4) на левый и правый потоки.
В первой камере флотации 5 (фиг.1) поднимающиеся на поверхность воды крупные взвешенные частицы загрязнений формируют слой пенного продукта, который удаляется с помощью шламоудалителя 26 в шламовый лоток 7 (фиг.3) и далее через патрубок 40 поступает в накопительную емкость (не показана). При этом тяжелые фракции загрязнений опускаются вниз камеры 5 (фиг.1), собираясь в отстойной зоне (конусная часть 2 корпуса 1), и затем удаляются гидростатическим давлением посредством линии 38. Конструкция первой камеры флотации 5 (фиг.1) обеспечивает процесс удаления крупных скоагулированных образований загрязнений (не разрушая их перед подачей очищаемой воды в насосный агрегат) и подготовки очищаемой воды к наиболее интенсивной очистке мелких фракций загрязнений во второй камере флотации 6 (фиг.1).
Частично сфлотированная вода через выпускной патрубок 16 (фиг.1) первой камеры 5 и всасывающую линию 17 подается в полость насосного агрегата 18. Одновременно с этим эжектор 31 засасывает атмосферный воздух и подает его вместе с раствором химического реагента также в полость насосного агрегата 18, где происходит интенсивное смешение всех компонентов рабочей среды (очищаемой воды, атмосферного воздуха, химического реагента). Затем напорной линией 34 образованная смесь подается в верхнюю часть сатуратора вертикального исполнения 11.
Из нижней части сатуратора 11 посредством напорного распределителя потока 41 активный поток рабочей смеси, насыщенный кислородом, разделяется на две ветви (трубопроводы 20 и 35). Поток смеси по напорному трубопроводу 35 поступает на сопло эжектора 31, в котором дополнительно насыщается атмосферным воздухом и растворенным химическим реагентом, поступающими в эжектор 31 через патрубки 32 и 33 соответственно. Полученная таким образом в эжекторе 31 рабочая смесь разбавляется в насосном агрегате 18 очищаемой водой, засасываемой по трубопроводу 17 из первой камеры флотации 5, перемешивается с последней и по напорной линии 34 вновь подается в верхнюю часть сатуратора 11 для осуществления следующего цикла подготовки и смешения очищаемой воды с необходимыми рабочими агентами (атмосферным воздухом и раствором химического реагента) перед флотационной очисткой.
Таким образом, осуществляется рабочий цикл подготовки воды и смешения в гидравлическом рециркуляционном узле установки, представленном сатуратором 11 с напорным распределителем потока 41, эжектором 31 и насосным агрегатом 18 (с соответствующими трубопроводными линиями), при питании рециркуляционного узла очищаемой водой с выхода первой камеры флотации 5 трубопроводом 17.
Поток смеси, выходящий из нижней части сатуратора 11 (фиг.1) через напорный распределитель потока 41 по трубопроводу 20, поступает на жидкостной эжектор 21 и через сопло последнего подается на вход во вторую камеру флотации 6. При этом жидкостным эжектором 21 осуществляется подсос дополнительного раствора химического реагента через патрубок 22 и смешение последнего с водовоздушной средой, истекающей из сопла эжектора 21 в его камере смешения. Такая перенасыщенная атмосферным воздухом и разбавленная химическим реагентом смесь под высоким давлением поступает из эжектора 21 в коллектор 23 (фиг.3, 4), а из него в первую зону флотации 29 (фиг.2, 4) второй камеры флотации 6 (фиг.1).
На выходе из трубчатого распределительного коллектора 23 (фиг.3, 4) указанная выше смесь резко теряет давление, и освободившееся большое количество мельчайших пузырьков воздуха поднимается вместе с водой вверх, создавая пенный продукт, удаляемый с поверхности жидкости шламоудалителем 26 (фиг.2).
Очищенная в первой зоне флотации 29 (фиг.2) вода при дальнейшем движении перетекает через переливную перегородку 28 и поступает во вторую зону флотации 30 второй камеры флотации 6. Здесь заканчивается процесс многоступенчатой флотационной очистки сточной воды, начавшийся на входе в первую камеру флотации 5 и осуществленный в компактном технологическом двухступенчатом блоке флотационной очистки.
Затем очищенная вода поступает внутрь переливной трубы 24, поднимается до верхнего среза и переливается ламинарным потоком в полость оголовка 36 (фиг.3), а из него - по патрубку 25 к потребителю, либо на сброс.
При установившемся режиме работы замкнутой гидравлической схемы установки гидравлические потоки в рециркуляционном узле, первой и второй камерах флотации несут нижеследующие объемные нагрузки (в процентном выражении): 100% исходной сточной воды поступает в первую камеру флотации, к ней присоединяется примерно 40-45% водовоздушной смеси, поступающей из верхней части сатуратора по трубопроводу 12, в итоге 140-145% состава поступает через насосный агрегат в сатуратор по трубопроводу 34 и к этому объему суммируются 5-7% воды, насыщенной воздухом и раствором химического реагента и поступающей из нижней части сатуратора через напорный распределитель потока 41 по трубопроводу 35. Таким образом, в сатуратор поступает уже около 150% жидкости, из которых около 100% уходит на вторую камеру флотации по трубопроводу 20, примерно 45% - на первую камеру флотации по трубопроводу 12 и снова около 5...7% - на эжектор 31.
Описанное выше объемное распределение гидравлических потоков при установившемся режиме работы поддерживает оптимальный гидравлический баланс по узлам и блокам установки, обеспеченный конструктивно, что позволяет повысить эффективность очистки сточной воды по сравнению с прототипом (см. табл.1), поскольку вся установка функционирует с постоянной гидравлической нагрузкой. При этом основной эффект очистки приходится на вторую камеру флотации, работающую со 100%-ным насыщением очищаемой воды атмосферным воздухом и с дополнительным введением раствора химического реагента (реагентов).
Степень (эффективность) очистки сточной воды, полученная по предлагаемому изобретению, представлена в таблице 1.
| Таблица 1 | |||
| Вид загрязнения | Исходная концентрация загрязнений, г/л | Степень (эффективность) очистки, % | |
| После 1-й камеры флотации | После 2-й камеры флотации | ||
| Взвешенные вещества | 10 | 90 | 99,5 |
| Нефтепродукты | 5 | 98 | 99,9 |
| Жиры | 5 | 95 | 99 |
Регулирование продолжительности цикла очистки стока в сторону увеличения обеспечено наличием щели 19 в днище 4 второй камеры флотации 6, соединяющей полость последней с первой камерой флотации 5, выпускного патрубка 16 с трубопроводом 17, соединенного с насосным агрегатом 18, трубопровода 12 водовоздушной смеси, выходящего из верхней части сатуратора 11, соединенного со второй зоной 10 двухзонного устройства 8 посредством сопла 13 и отверстий 14 (фиг.3), выполненных в корпусе блока флотационной очистки, которые в совокупности составляют запасную гидравлическую схему в замкнутой гидравлической схеме установки.
При недостатке исходной воды, поступающей в первую камеру флотации 5 из приемного колодца, срабатывает запасная гидравлическая схема, при которой осуществляется экстренный переток чистой воды из второй камеры флотации 6 через щель 19 и выпускной патрубок 16 во всасывающий трубопровод 17, питающая (как запасной вариант) гидравлический рециркуляционный узел и нормализующая работу всей замкнутой гидравлической схемы установки посредством подачи недостающего объема водовоздушной смеси из верхней части сатуратора 11 трубопроводом 12 во вторую зону 10 двухзонного устройства 8 посредством сопла 13 через отверстие 14 (фиг.3) в первую камеру флотации 5. В этом случае, при уменьшении производительности установки увеличивается продолжительность цикла очистки воды и, следовательно, обеспечивается повышение степени очистки последней.
В случае «залпового» поступления сточной воды в первую камеру флотации 5 не происходит проскока неочищенного объема последней, поскольку избыточный объем сточной воды через щель 19 (фиг.1) быстро вытесняет соответствующий объем очищенной воды из второй камеры флотации 6 по трубопроводу 25 потребителю либо на сброс.
Конструктивное решение второй камеры флотации 6 обеспечивает также гарантированное очищение воды от всех подлежащих удалению загрязнений, выделение и связывание в нерастворимые соединения ранее растворенных в воде веществ, с помощью введения в воду дополнительных химических реагентов эжектором 21. При необходимости корректировки кислотно-щелочного баланса очищаемой среды возможно также введение (с помощью эжектора 21) нейтрализующих химических реагентов.
Таким образом, в заявляемой установке конструктивно обеспечена возможность прохождения очень важных процессов в технологии многоступенчатой флотационной очистки сточной воды: поддержание постоянной гидравлической нагрузки в замкнутой гидравлической схеме и регулирование продолжительности цикла очистки стока в сторону увеличения при уменьшении производительности установки, т.е. достигается цель изобретения.
Заявляемая установка для флотационной очистки сточной воды обладает нижеследующими дополнительными преимуществами:
- обеспечивает возможность корректировки кислотно-щелочного баланса очищаемой жидкости для создания благоприятных условий эксплуатации оборудования;
- позволяет экономить расход химических реагентов, подаваемых на вторую камеру флотации через гидравлический рециркуляционный узел, поскольку в первой камере флотации осуществляется предварительная реагентная очистка воды;
- позволяет существенно экономить производственные площади вследствие компактности конструкции;
- отсутствуют ограничения (габаритные и массовые) по размещению установки относительно накопителя источника сточной воды, поскольку подача воды осуществляется напорным способом.
Анализ отличительных признаков по критерию «существенные отличия» показал нижеследующее:
1. Включение в гидравлический рециркуляционный узел сатуратора вертикального исполнения, из верхней части которого выведен трубопровод, соединенный с двухзонным устройством, закрепленным снаружи на корпусе двухступенчатого блока флотационной очистки, а из нижней части сатуратора выведен напорный распределитель потока в виде вертикального патрубка с двумя отводами-трубопроводами, при этом левый отвод-трубопровод соединен с жидкостным эжектором второй ступени-камеры флотационного блока, а правый отвод-трубопровод - с эжектором гидравлического рециркуляционного узла, позволило создать такую замкнутую гидравлическую схему очистки воды, которая сосредоточила в себе три функциональных составляющих, обеспечивающих в совокупности высокую эффективность флотационной очистки (по сравнению с гидравлической схемой очистки, содержащей лишь две составляющих замкнутой схемы в прототипе):
- Гидравлический рециркуляционный узел, содержащий эжектор, сатуратор и насосный агрегат, питаемый с выхода первой камеры двухступенчатого флотационного блока. Назначение данного узла - осуществлять циклическую подготовку, качественное смешение очищаемой воды с вводимыми в нее необходимыми рабочими агентами очистки и распределение готовой среды;
- Рециркуляционную схему первой камеры флотации, включающую гидравлический рециркуляционный узел, указанный выше, трубопровод, выведенный из верхней части сатуратора, и сопло на входе в двухзонное устройство первой камеры флотации, первую камеру флотации и всасывающую линию насосного агрегата, соединенного с выходом первой камеры флотации посредством выпускного патрубка. Назначение данной схемы - осуществлять предфлотационную и предварительную флотационную очистку воды;
- Гидравлическую схему второй камеры флотации, содержащую сатуратор, жидкостной эжектор на входе второй камеры флотации, вторую камеру флотации и потребителя очищенной воды. Назначение данной схемы - обеспечить гарантированную по требуемым качественным показателям окончательную флотационную очистку стока от всех подлежащих удалению загрязнений. В каждой из указанных выше гидравлических схем сатуратор представлен не только как производитель рабочей смеси для осуществления процесса очистки воды, но и как эффективный распределитель объема смеси, истекающей из верхней и нижней его частей.
Так, избыточная часть объема водовоздушной смеси (не более 40-45%), создаваемой в сатураторе, обогащенная в верхней части последнего мелкими и крупными пузырьками воздуха, подается по трубопроводу в двухзонное устройство на вход в первую камеру флотации для предфлотационной и предварительной флотационной очистки. При этом несущественное разбавление 100%-ного объема исходной воды, поступающей в двухзонное устройство, водовоздушной смесью из сатуратора (40-45% смеси) перед подачей в первую камеру флотации, несколько замедляет последующий процесс флотации в первой камере, что, как показали наши исследования, обеспечивает повышенную степень окончательной флотационной очистки во второй камере флотационного блока, обусловленную также и эффективным влиянием всего гидравлического рециркуляционного узла.
Гидравлический рециркуляционный узел циклически «перерабатывает» около 150% объема среды (состоящей из очищаемой воды и водовоздушной смеси сатуратора), подготавливая содержимое сатуратора к распределению; при этом из нижней части последнего через напорный распределитель не менее 100% объема водовоздушной смеси подается на трубчатый распределительный коллектор второй камеры флотации, т.е. максимум возможного. Остальные ˜ 50% объема смеси распределяются следующим образом: около 40-45% поступает из верхней части сатуратора по трубопроводу на первую камеру флотации, а 10-5% - через правую ветвь напорного распределителя потока сатуратора на эжектор гидравлического рециркуляционного узла. Как видим, наибольшая объемная доля смеси (около 100%), подготовленной к окончательной флотации, приходится на вторую камеру флотации, в которой осуществляется всеобъемлющая очистка воды по всем видам загрязнений, усиливаемая введением дополнительного раствора химического реагента (реагентов) посредством жидкостного эжектора третьей гидравлической схемы (см. стр.14), установленного на входе второй камеры флотации.
Таким образом, включение в гидравлический рециркуляционный узел сатуратора вертикального исполнения, из верхней части которого выведен трубопровод подачи водовоздушной смеси посредством сопла в двухзонное устройство, закрепленное снаружи на корпусе двухступенчатого блока флотационной очистки, как отличительный признак установки для флотационной очистки воды, из патентной и технической литературы не известно, что позволяет считать его новым и существенным.
2. Конструктивное размещение напорного распределителя потока в нижней части сатуратора для подачи водовоздушной смеси в камеру флотации из патентной и технической литературы известно, однако в нашем случае напорный распределитель потока задействован сразу в двух гидравлических составляющих замкнутой гидравлической схемы установки: снабжает сатурированной смесью гидравлический рециркуляционный узел через правую ветвь - трубопровод, обеспечивая стабильную работу данного узла, и обеспечивает функционирование второй камеры флотации посредством подачи смеси через левую ветвь - трубопровод с постоянной гидравлической нагрузкой.
Указанное выше конструктивное решение в совокупности с выведением из верхней части сатуратора трубопровода на вход в первую камеру флотации расширяет технические возможности сатуратора, что не известно из патентной и технической литературы. Следовательно, данное техническое решение является существенным отличительным признаком.
3. Конструктивное исполнение двухступенчатого блока флотационной очистки в виде цилиндрического корпуса, переходящего в своей нижней части в усеченный конус, с размещенной внутри корпуса по оси симметрии цилиндрической емкостью с плоским днищем и щелью в виде сегмента в последнем, позволило сформировать в одном корпусе две различные по конструкции камеры флотации (первую и вторую), выполняющие, соответственно, функции предварительной и окончательной ступеней флотационной очистки воды в компактном варианте исполнения.
Первая ступень (камера) флотации, представленная цилиндрическим корпусом, переходящим в его нижней части в усеченный конус, содержит выпускной патрубок, размещенный в цилиндрической части камеры, соединенный всасывающим трубопроводом с насосным агрегатом, а с противоположной стороны относительно выпускного патрубка в цилиндрическом корпусе имеются отверстия, соединяющие полость первой камеры флотации с двухзонным устройством, выполненные слева и справа от торца шламового лотка, пересекающего полости первой и второй камер флотации. Указанные выше отверстия совместно с выпускным патрубком первой камеры флотации позволили организовать ламинарное течение жидкости в горизонтальной плоскости в виде двух разделяющихся потоков на входе в первую камеру флотации и на всем пути до выпускного патрубка, где предварительно очищенные потоки жидкости соединяются. Организация ламинарных потоков в зоне флотации первой камеры флотации создает благоприятные условия для более полного осаждения массы тяжелых фракций загрязнений в зоне отстаивания первой камеры флотации, что обеспечивает предварительное осветление жидкости без дополнительных энергетических затрат и положительно влияет на процесс последующей флотационной очистки воды.
В технике флотационной очистки воды известны конструктивные приемы разделения потока при флотации жидкости, однако в нашем случае это разделение взаимосвязано с соосным совмещением в общем корпусе двухступенчатого блока двух камер флотации, размещенных в одной горизонтальной плоскости и пересекаемых к тому же шламовым лотком, являющимся общим для обеих камер блока флотации. В связи с этими дополнительными конструктивными особенностями удалось сформировать в полости первой камеры флотации блока две подзоны флотационной очистки (левую и правую), в которых осуществляется спокойный ламинарный переток жидкости, горизонтальное течение которого направлено от отверстий в корпусе двухступенчатого блока (соединяющих полости двухзонного устройства и первой камеры флотации) к выпускному патрубку. Кроме того, обтекаемая кольцевая форма первой камеры флотации обеспечивает процесс удаления (с помощью шламоудалителя) крупных скоагулированных образований, не разрушая их в спокойном ламинарном потоке перед подачей очищаемой воды в насосный агрегат, что крайне важно для последующей окончательной флотационной очистки воды.
Учитывая существенные преимущества предлагаемой конструкции первой камеры флотации двухступенчатого блока флотационной очистки, представляется необходимым считать данное техническое решение новым и обладающим существенными отличиями.
Вторая камера флотации блока флотационной очистки представляет собой универсальное устройство, выполняющее несколько важных функций, обеспеченных наличием нижеследующих конструктивных элементов:
- Конструкция трубчатого распределительного коллектора представлена в виде замкнутого кольца, имеющего по всей длине отверстия, направленные вниз, размещенного в донной части второй камеры флотации и соединенного трубопроводом через жидкостной эжектор с напорным распределителем потока в нижней части сатуратора. Такая конструкция коллектора в совокупности с жидкостным эжектором позволяют получить рассредоточенное по площади, равномерное поступление необходимого объема водовоздушной смеси, разбавленного раствором химического реагента, поступающего в сатуратор с помощью эжектора рециркуляционной схемы и дополнительного раствора химреагента, засасываемого жидкостным эжектором второй камеры флотации, при этом поступление смеси осуществляется по всему объему очищаемой воды в донной части данной камеры флотации. Таким образом, удалось решить важную задачу технологического процесса флотации - создание спокойного (ламинарного) продвижения водовоздушной смеси в полости камеры от донной части вверх с интенсивным выделением большого количества мелкодисперсных пузырьков воздуха, обеспечивающих гарантированное очищенное воды от всех подлежащих удалению загрязнений, выделение и связывание в нерастворимые соединения ранее растворенных в воде веществ.
В технике очистки воды известно применение коллекторов в камерах флотации, однако, в благоприятных условиях работы заявляемой установки, когда в камере окончательной флотации происходит интенсивная флотационная очистка мелких фракций загрязнений, принципиально отличающаяся от очистки в условиях прототипа, использование данной конструкции коллектора в совокупности с жидкостным эжектором представляется нам наиболее оптимальным решением, характеризующимся как существенное отличие.
- Размещение в полости второй камеры флотации цилиндрической перегородки создает две зоны окончательной флотационной очистки, увеличивая тем самым продолжительность перетекания жидкости и, следовательно, процесс флотации, что с учетом создания в камере ламинарного течения очищаемой воды при постоянстве гидравлической нагрузки обеспечивает оптимальные условия для эффективной очистки воды.
В технике флотационной очистки сточных вод известно применение различных перегородок, однако в заявляемом объекте в совокупности с использованием трубчатого распределительного коллектора, размещенного в нижней части данной первой зоны флотации второй камеры флотационной очистки, обеспечивается наиболее интенсивная и качественная флотационная очистка воды, поскольку в относительно небольшом объеме очищаемой воды создается повышенная концентрация мелких пузырьков воздуха, что благоприятно влияет на процесс окончательной очистки воды во второй зоне флотации второй камеры.
Эффект очистки, полученный в результате использования одного технического решения в совокупности с другими техническими решениями, позволяет решение разделения полости второй камеры флотации с помощью размещения цилиндрической перегородки, считать обладающим существенным отличительным признаком.
- Конструкция вертикальной переливной трубы представлена в виде полого цилиндра, опирающегося на плоское днище, с оголовком в верхней ее части, выполненным в виде цилиндрического колпака, приваренного в верхней части полого цилиндра с образованием зазора между верхним срезом полого цилиндра и дном колпака, а в верхней части оголовка установлен скребковый шламоудалитель. Данная конструкция обеспечивает поддержание постоянного уровня воды в обеих камерах флотации, стабильную работу шламоудалителя двух камер и, что особенно важно, исключает проскок мелких частиц загрязнений из второй зоны второй камеры флотационного блока к потребителю за счет создания устойчивого ламинарного течения очищенной жидкости в полости переливной трубы.
В технике очистки воды известно применение различных переливных устройств для отвода очищенной воды потребителю, однако в заявляемой установке конструкция вертикальной переливной трубы выполняет не только ее прямое назначение, но и является универсальным устройством, поддерживающим постоянство уровня воды в обеих камерах двухступенчатого блока, исключающим проскок мелких частиц загрязнений их второй зоны второй камеры флотационного блока потребителю и стабилизирующим работу скребкового шламоудалителя обеих камер флотации, смонтированного на верхней части переливной трубы, что позволяет считать данную конструкцию переливной трубы обладающей существенным отличительным признаком.
- Скребковый шламоудалитель двухступенчатого блока флотационной очистки размещен сверху оголовка вертикальной переливной трубы и является общим для первой и второй камер флотации, которые создают общий шламовой поток в верхней части установки, и в компактном варианте представлен как наиболее оптимальное решение, а в сочетании с существенными конструктивными отличиями обеих камер флотации является существенным отличительным признаком.
- Конструктивное решение шламового лотка, пересекающего первую и вторую камеры блока флотации, связано с процессом удаления шлама (с помощью шламоудалителя) одновременно из обеих камер двухступенчатого блока флотации в шламовый лоток, имеющих одинаковый уровень жидкости. Поскольку в блоке флотации первая и вторая камеры размещены соосно, в одной горизонтальной плоскости, то и шламовый лоток конструктивно принадлежит и той и другой камере, в отличие от прототипа, где каждая из трех камер флотации имеет свой шламовый лоток.
Данное техническое решение известно в технике очистки воды, однако в совокупности с другими существенными отличиями первой и второй камер флотации представляется нам существенным отличительным признаком.
- Наличие щели в виде сегмента в днище второй камеры флотации блока, соединяющей полость второй камеры с полостью первой камерой флотации, позволило устранить появление аварийных ситуаций в работе установки, связанных с уменьшением или «залповым» увеличением объема подаваемой сточной воды, а в совокупности с конструктивными элементами запасной гидравлической схемы (см. стр.12) обеспечить также прохождение важнейших процессов при многоступенчатой флотационной очистке сточной воды (см. стр.11, 12).
В технике очистки сточных вод известны конструктивные решения, обеспечивающие сообщение водосодержащих полостей между собой посредством отверстий или щелей с целью предотвращения возможных аварийных ситуаций, возникающих в процессе очистки воды, однако наличие вертикальной переливной трубы, связанной с потребителем, и дополнительных конструктивных элементов в заявляемом изобретении (см. стр.12) в совокупности с наличием щели в днище второй камеры флотации, образуют эффективную запасную гидравлическую схему, что позволяет (помимо предотвращения аварийной ситуации) обеспечить осуществление технологии с увеличением цикличности очистки стока, существенно повышающей степень очистки сточной воды. В связи с этим указанное выше техническое решение представляется существенным отличительным признаком.
Таким образом, основные составляющие конструктивные элементы второй камеры двухступенчатого блока флотации создают оптимальные условия процесса на окончательном этапе флотационной очистки воды, обеспечивая совокупный повышенный эффект очистки.
4. Двухзонное устройство, закрепленное снаружи на корпусе двухступенчатого блока флотационной очистки, представляет собой приемник исходной сточной воды в виде сетчатой корзины (первая зона устройства), предназначенный для улавливания крупных частиц загрязнений и мусора различного происхождения из сточной воды, и полость-смеситель (вторая зона устройства), предназначенную для поступления водовоздушной смеси из верхней части сатуратора и смешения со сточной водой, поступающей из приемника. Такая конструкция двухзонного устройства обеспечивает задержку и удаление крупных частиц загрязнений и мусора, последующие смешение исходной воды с готовой водовоздушной смесью, при этом препятствует проникновению крупных пузырей воздуха в первую камеру флотации блока, что исключает нежелательное «возмущение» очищаемой воды при последующей флотационной очистке. Фактически данное устройство позволяет проводить необходимую предфлотационную подготовку очищаемой воды и исключает возникновение аварийных ситуаций в работе установки, связанных с засорением оборудования и трубопроводов.
В технике очистки сточных вод известно использование приемников исходной воды, задерживающих крупные частицы загрязнений и мусор перед подачей на флотацию. Однако в заявляемой установке такой приемник имеет еще дополнительную зону для поступления и смешения исходной сточной воды с водовоздушной смесью, подаваемой трубопроводом из верхней части сатуратора, т.е. разработано двухзонное устройство, осуществляющее важный процесс в технологической цепи очистки сточной воды - предфлотационную подготовку очищаемой воды и частичную флотационную очистку.
Указанное выше позволяет считать двухзонное устройство новым, поскольку обладает существенным отличительным признаком.
Таким образом, наличие отличительных конструктивных элементов первой и второй камер двухступенчатого блока флотации в совокупности с наличием двухзонного устройства позволило сформировать несколько технологических зон, обеспечивающих многостадийную комплексную обработку сточной воды: предфлотационную подготовку воды и предварительное осветление, предварительную флотацию, интенсивную и окончательную флотацию очищаемой воды:
- зону-приемник для нефлотируемой крупно-фракционной взвеси и мусора;
- зону-полость - смеситель для приема водовоздушной смеси из сатуратора и смешения последней с исходной очищаемой водой;
- зону отстоя первой камеры флотации для отстаивания и сбора тяжелых фракций загрязнений;
- зону первой камеры флотации, разделенную лотком шламоудалителя на две подзоны (левую и правую), для осуществления предварительной флотационной очистки жидкости;
- первую зону флотации второй камеры, предназначенную для интенсивной флотационной очистки воды;
- вторую зону флотации второй камеры, служащую для окончательной флотационной очистки и перетекания очищенной воды в полость вертикальной переливной трубы.
5. В заявляемом объекте датчик уровней жидкости установлен на выходе очищаемой воды из установки в нижней части оголовка переливной трубы второй ступени флотации, что позволило обратной связью датчика с исполнительными органами - насосным агрегатом и шламоудалителем оптимизировать гидравлическую схему подачи и очистки сточной воды, обеспечивая проведение технологического процесса в автоматическом режиме. При поступлении очищаемой воды в двухступенчатый блок флотационной очистки происходит подъем уровня очищенной воды в оголовке переливной трубы второй камеры флотации, при этом уровень флотируемой воды в данной камере остается постоянным, что не нарушает установившийся режим работы насосного агрегата и шламоудалителя. При прекращении подачи воды в двухступенчатый блок флотационной очистки уровень воды в оголовке переливной трубы постепенно снижается (примерно в течение 5 минут), что позволяет завершить очистку последнего объема исходной воды, а датчик включит насосный агрегат и привод шламоудалителя.
В технике очистки воды известно применение датчиков уровней жидкости, устанавливаемых в накопителях - емкостях сточной воды для последующей ее подачи на флотационную очистку, т.е. такие датчики устанавливаются на входе исходной воды в очистную установку, однако в заявляемом изобретении датчик уровней обеспечивает автоматический режим самого процесса очистки сточной воды, что является существенным отличительным признаком.
1. Установка для флотационной очистки воды, включающая в замкнутой гидравлической схеме гидравлический рециркуляционный узел, состоящий из насосного агрегата со всасывающей и напорной линиями и водовоздушного эжектора, содержит блок флотационной очистки, отличающаяся тем, что гидравлический рециркуляционный узел содержит дополнительно сатуратор вертикального исполнения, из верхней части которого выведен трубопровод подачи водовоздушной смеси, соединенный посредством сопла с двухзонным устройством, закрепленным снаружи на корпусе блока флотационной очистки, а из нижней части сатуратора выведен напорный распределитель потока с двумя отводами-трубопроводами, при этом левый отвод-трубопровод соединен с жидкостным эжектором второй камеры флотационного блока, а правый отвод-трубопровод - с эжектором гидравлического рециркуляционного узла, двухзонное устройство представляет собой приемник сточной воды в виде сетчатой корзины - первая зона устройства и полость-смеситель - вторая зона устройства для поступления водовоздушной смеси и смешения со сточной водой, двухзонное устройство сообщается с первой камерой флотационного блока посредством отверстий, выполненных в корпусе последнего слева и справа от торца шламового лотка, блок флотационной очистки конструктивно сформирован в виде цилиндрического корпуса, переходящего в своей нижней части в усеченный конус, внутри корпуса по оси симметрии размещена цилиндрическая емкость с плоским днищем и щелью в виде сегмента в последнем, образующие вторую камеру флотации, а первая камера флотации представлена пространством между внутренней поверхностью корпуса блока флотационной очистки и наружной поверхностью второй камеры флотации, первая камера флотации содержит выпускной патрубок, размещенный в цилиндрической части данной камеры, соединенный всасывающим трубопроводом с насосным агрегатом, а усеченный конус первой камеры флотации формирует зону отстоя тяжелой фракции загрязнений, в донной части второй камеры флотации размещен трубчатый распределительный коллектор, имеющий отверстия по всей длине, обращенные вниз, а по оси симметрии данной камеры установлена вертикально переливная труба с оголовком и скребковым шламоудалителем в верхней ее части, опирающаяся на плоское днище камеры, между переливной трубой и внутренней цилиндрической поверхностью второй камеры флотации размещена цилиндрическая перегородка, закрепленная на плоском днище и разделяющая полость второй камеры флотации на две зоны, а полости первой и второй камер флотации в верхней части пересечены шламовым лотком.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части оголовка переливной трубы второй камеры флотации установлен датчик уровней воды.
