CS208071B1

CS208071B1 - Method of discontinuous removing the impurities from the water and aqueous systems and device for executing the same

Info

Publication number: CS208071B1
Application number: CS841879A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Necesany; Karel Svoboda; Zdenek Kvapil; Josef Kacandrle
Original assignee: Frantisek Necesany; Karel Svoboda; Zdenek Kvapil; Josef Kacandrle
Priority date: 1979-12-05
Filing date: 1979-12-05
Publication date: 1981-08-31

Description

Vynález se týká způsobu přetržitého odstraňování nečistot z vody a vodných systémů, jako např. vodných roztoků, suspenzí koloidů, emulzí a dispergovaných vodných systémů, ve flotačním zařízení s diskontinuálním provozem s vysokou účinností a variabilností a zařízení pro provádění í tohoto způsobu. jThe invention relates to a process for the continuous removal of impurities from water and aqueous systems, such as aqueous solutions, colloidal suspensions, emulsions and dispersed aqueous systems, in a flotation plant with discontinuous operation with high efficiency and variability, and apparatus for carrying out the process. j

Způsob a zařízení podle vynálezu lze s výhodou i použít pro procesní technologie šaržovitého cha- . i rakteru, tj. pro srážecí, extrakční, čistící a sorpční procesy, pro úpravny vod apod. Odpadní vody ! obsahují rozpuštěné, emulgované a suspendované ί extrahovatelné látky a koloidy jsou produkovány ' í prakticky ve všech průmyslových i zemědělských lokalitách, v opravnách automobilové i zemědělské techniky, ve skladech pohonných hmot apod. Většina uvedených podniků pracuje s přetržitým provozem, při kterém odpadá relativně malé množství znečištěných vod (v rozmezí 1 až 20 m³/den), takže není výhodné používat k čištění . odpadních vod kontinuálně pracující jednotky, které jsou náročné především z hlediska potřeby _;pracovních sil, denního najíždění a sjíždění ίapod.The process and apparatus according to the invention can also advantageously be used for batch-type process technologies. of character, ie for precipitation, extraction, purification and sorption processes, for water treatment plants, etc. Waste water! they contain dissolved, emulsified and suspended a extractable substances and colloids are produced in virtually all industrial and agricultural locations, in automobile and agricultural machinery repair shops, in fuel depots, and the like. polluted water (in the range of 1 to 20 m ³ / day), so it is not advantageous to use for cleaning. waste water treatment units continuously operating, which are particularly demanding in terms of needs _; workforce, daily entry and exit ίapod.

V současné době se čištění těchto vod provádí l buď adsorpcí na pevných materiálech nebo chemickými postupy v zařízeních, která mají řadu nevý: hod. Z používaných sorbentů je to např. aktivní ' uhlík o velikosti částic od 1 do 1.10⁵ nm, nebo í vysrážené sole ve formě ve vodě nerozpustných l hydroxidů, uhličitanů, fosforečnanů, síranů apod. í Nežádoucí látky jsou při čištění strhávány do pevné fáze nebo jsou sorbovány na povrchu sorbentu. Při i procesu vzniká objemný vodnatý kal, který buď ' sedimentuje nebo se volně vznáší v kapalné fázi anebo je vynášen na hladinu kapaliny. Chování j kalových částic závisí na rozdílu specifických hmot ί mezi pevnou fází s nečistotami a kapalnou fází. Ve : všech uvedených případech činí oddělení kalu od kapaliny současnou technologií potíže a výslednýί mi produkty jsou kal s vysokým obsahem vody ί a voda s obsahem pevných látek až 50 mg/1. Částečného zlepšení se dosáhne přídavkem pomocných látek (koagulanty, flokulanty apod.), které umožní vhodnější vytvarování pevné fáze j a tím i zlepšení sorpčních anebo čiřících vlastností ί anebo zvýšení sedimentačních rychlostí.At present, the purification of these waters is carried out either by adsorption on solid materials or by chemical processes in plants which have a number of disadvantages. The sorbents used are, for example, activated carbon having a particle size of 1 to 1.10 ⁵ nm or precipitated salts in the form of water-insoluble 1 hydroxides, carbonates, phosphates, sulphates and the like. Undesirable substances are entrained into the solid phase or are sorbed onto the sorbent surface during cleaning. The process produces a voluminous aqueous sludge which either sedimentes or floats freely in the liquid phase or is carried to the liquid surface. The behavior of the sludge particles depends on the specific mass difference between the solid phase with impurities and the liquid phase. In all of the above cases, separation of sludge from liquid is a problem with the present technology, and the resulting products are sludge with a high water content and water with a solids content of up to 50 mg / l. Partial improvement is achieved by the addition of auxiliaries (coagulants, flocculants, etc.) which allow for a more suitable solid phase shaping as well as an improvement in the sorption or clarifying properties ί or an increase in sedimentation rates.

Obdobná problematika vzniká i při oddělování ί aktivovaných kalů v čistírenských procesech, při i odstraňování vláken a pevných látek organického i anorganického původu z procesních vod v papírenském nebo textilním průmyslu apod. Odstraňování těchto nežádoucích příměsí je provázeno ' tvorbou kalu s vysokým obsahem vody, dlouhou dobou sedimentace a malou aplikační schopností využití procesu pro jiné typy čištěných vod.A similar problem arises in the separation of β activated sludge in sewage treatment processes, in the removal of fibers and solids of organic and inorganic origin from process waters in the paper or textile industry, etc. The removal of these undesirable impurities is accompanied by the formation of sludge with high water content. sedimentation and low application ability to use the process for other types of purified water.

Nyní bylo zjištěno a pro uvedené procesy vyvinuto i experimentálně ověřeno strojně technologické zařízení -pro diskontinuální provoz, ve kterém se odstranění pevných látek provádí tlakovou flotací výhodně v kombinaci s objemovou filtrací vyčištěné kapaliny. Způsob a zařízeni podle vynálezu má oproti dosud používaným způsobům výhodu v mobilnosti, snadné adaptaci prakticky na všechny typy čištěných vod, vyniká vysokou účinností a velkou variabilností. Přitom je řešeno tak, aby všechny požadované operace, tj. přečerpávání, dávkování pomocných látek (chemikálie, roztoky, koagulanty, flokulanty, sorbenty apod.), míchání, směšování, sorpce, extrakce, koagulace, čištění, byly provái děny v jednom technologickém zařízení, i Způsob přetržitého odstraňování nečistot z vody a vodných systémů, jako např. vodných roztoků, ! emulzí, suspenzí koloidů, disperzí apod., prováděný kombinaci koagulace základních částic do hrubšího disperzního stavu s tlakovou flotací, při které se vytváří vzestupný mrak částic s čiřícími vlastnostmi, který na hladině kapaliny vytváří vrstvu flotační pěny, a případně s objemovou filtrací, určenou k zachycení zytkového obsahu nečistot, spočívá podle vynálezu v tom, že koagulace základních částic se dosáhne rotačním pohybem charakterizovaným bezrozměrným kriteriem Re 1 . 10²až 5.10⁴ s dobou potřebnou pro vznik komplexu 0,45—45 minut, výhodně 5—15 minut, a následným jejich vyflotováním vzduchovými bublinkami uvolněnými z vody nasycené vzduchem při tlaku 0,15 až 0,6 MPa, výhodně při tlaku 0,3—0,45 MPa, a objemovém poměru čištěné vody k vodě sycené vzduchem 10 : 1 až 1 : 2, výhodně í 5 : 1 až 2 : 1, za vzniku vznosného mraku částic s postupovou rychlostí 1-15 m/h, výhodněIt has now been found and experimentally verified a machine technology device for discontinuous operation in which solid matter removal is performed by pressure flotation, preferably in combination with volume filtration of the purified liquid. The method and apparatus according to the invention have the advantage over the methods used hitherto in mobility, easy adaptation to practically all types of purified water, excels in high efficiency and great variability. It is designed so that all required operations, ie pumping, dosing of auxiliary substances (chemicals, solutions, coagulants, flocculants, sorbents, etc.), mixing, mixing, sorption, extraction, coagulation, cleaning, are carried out in one technological device A method for the continuous removal of impurities from water and aqueous systems such as aqueous solutions. emulsions, colloidal suspensions, dispersions, etc., carried out by a combination of coagulation of the base particles into a coarse dispersed state with pressure flotation, which produces an ascending cloud of particles with clarifying properties that forms a layer of flotation foam at the liquid level and trapping the residual content of impurities according to the invention is that coagulation of the base particles is achieved by a rotational movement characterized by a dimensionless Re 1 criterion. 10 ² to 5.10 ⁴ with a complex formation time of 0.45-45 minutes, preferably 5-15 minutes, and subsequent flotation with air bubbles released from air-saturated water at 0.15 to 0.6 MPa, preferably at 0 3 to 0.45 MPa, and a volume ratio of purified water to air saturated with air of 10: 1 to 1: 2, preferably 5: 1 to 2: 1, to form a buoyant cloud of particles at an incremental velocity of 1-15 m / h, conveniently

3—8 m/h, které vytvářejí na hladině kapaliny vrstvu flotační pěny, která se periodicky odstraňuI je, a vyčištěné vody se vypouštějí,' případně po filtraci. (3-8 m / h, which form a layer of flotation foam at the liquid surface, which is periodically removed, and the purified water is discharged, optionally after filtration. (

Filtrační pěna tvořená třífázovým systémem t pevné částice—voda—vzduch se odstraňuje po 2 až i 10 cyklech, výhodně po 3 až 5 cyklech, přičemž se | při odstranění flotační pěny z procesu ponechá v reaktoru 10 až 30% obj. pěny pro následující čistící cyklus. Vyčištěná voda se před vypuštěním I ¹ může podrobit filtraci, s výhodou přes objemový filtr; dekolmatace horní části objemového filtru do hloubky vrstvy 50 až 100 mm se provádí v každém čistícím cyklu přiváděnou vodou nasycenou vzduchem, přičemž se směs částic⁷objemového filtru ! a nečistot způsobujících kolmataci filtru uvede do i stavu vznosu tak, že rychlost přiváděné, vody vzhledem k částicím objemového filtru je pod prahovou rychlostí úletu a vzhledem k jemným částečkám nečistot nad prahovou rychlostí úletu.The filter foam consisting of a three-phase solid-water-air system t is removed after 2 to 10 cycles, preferably after 3 to 5 cycles, whereby | when removing the flotation foam from the process, it leaves 10 to 30% by volume of foam in the reactor for the next cleaning cycle. Purified water before discharge I ¹ may be subjected to filtration, preferably through a filter volume; the decollation of the upper part of the volume filter to a layer depth of 50 to 100 mm is carried out in each cleaning cycle with water-saturated water, the mixture of the particles ^{7 of the} volume filter! and impurities causing the filter perpendicular to the buoyancy state so that the rate of water supplied relative to the particulate filter particles is below the drift threshold and due to the fine particles of dirt above the drift threshold.

Způsob podle vynálezu se provádí na zařízení, které sestává z flotačního reaktoru 1 s mechanic- ! kým zařízením pro odstraňování zahuštěné vrstvy ; nečistot, zásobníku nečistot 3, cirkulačního ěer- ! padla 4, zařízení pro přípravu vody sycené vzdu- i chem 5, 6, případně doplněné objemovým filtrem iThe process according to the invention is carried out on a device consisting of a flotation reactor 1 with a mechanical a thickened layer removal device; dirt, dirt tank 3, circulation dirt-! 4, a device for the preparation of water saturated with air 5, 6, possibly supplemented by a volume filter i

2, které je charakterizováno tím, že flotační reak- I tor 1 je stojatá válcová nádoba opatřená tangenciálně umístěnými hrdly pro připojení sacího a výtlačného potrubí cirkulačního čerpadla 4, která jsou napojena na nádobu tak, že umožňují souhlasný směr rotačního pohybu celého objemu se střední rychlostí otáčení charakterizovanou hodnotou Re kriteria 1 . 10² až 5.10⁴, přičemž výtlačné potrubí cirkulačního čerpadla 4 je výhodně ukončeno tryskou, a ve spodní části flotačního reaktoru 1 nebo výhodněji v horní části objemového filtru 2 je umístěno vstupní hrdlo vody sycené vzduchem ze sytícího okruhu 5, 6, ve kterém se expanze vody s rozpuštěným vzduchem provádí pomocí škrtícího elementu vytvořeného ventilem nebo výhodněji tryskou a vyčištěná voda se odvádí hrdlem ve spodku reaktoru 1 nebo výhodněji přes i, objemový filtr 2. Na výtoku vyčištěné vody může být zařazen objemový filtr 2, který výhodně tvoří j nedílnou součást flotačního reaktoru 1, s náplní ; o velikosti zrna 0,3-0,5 mm, výhodně 0,4 až |2, characterized in that the flotation reactor 1 is a upright cylindrical vessel provided with tangentially located orifices for connecting the suction and discharge lines of the circulation pump 4, which are connected to the vessel so as to allow a consistent direction of rotation of the medium volume Rotation characterized by Re criterion 1. 10 ² to 5.10 ⁴ , wherein the discharge pipe of the circulation pump 4 is preferably terminated by a nozzle, and at the bottom of the flotation reactor 1 or more preferably at the top of the positive displacement filter 2 is an air inlet throat saturated with air from the saturator circuit 5, 6. The dissolved water is carried out by means of a throttling element formed by a valve or, more preferably, a nozzle and the purified water is discharged through the orifice at the bottom of the reactor 1 or more preferably through a volume filter 2. A volume filter 2 can be included at the purified water outlet. Reactor 1, packed; with a grain size of 0.3-0.5 mm, preferably 0.4 to 0.5

1,6 mm ve vrstvě o výšce 0,4 až 2 m, výhodně 0,5 { až 1 m,s rovnoměrným odběrem vyčištěné vody po ί celém jeho průřezu za použití průtočného dna, ί výhodně doplněného scezovacími hlavicemi. Září- ! zení je vybaveno zařízením pro sycení vody vzdu- i ; chem sestavené z odstředivého čerpadla 6 a sytící ( nádoby 5, která slouží rovněž jako zásobník ; nasycené vody a je charakterizováno tím, že výtlak j vody z čerpadla 6 je napojen na injektor k přisávání j vzduchu do proudu vody a dále na kolonu s výplní, i jejíž výška odpovídá jednomu teoretickému patru, j pod níž je upraven zásobník tlakové vody. Pro sycení vody vzduchem je instalováno cirkulační čerpadlo 4 s přišíváním vzduchu na sání čerpadla.1.6 mm in a layer with a height of 0.4 to 2 m, preferably 0.5 to 1 m, with a uniform withdrawal of purified water over its entire cross-section using a flow bottom, preferably supplemented with lauter heads. September-! The device is equipped with a device for air saturation of air; a chemistry consisting of a centrifugal pump 6 and a saturator (vessel 5, which also serves as a reservoir; saturated water) and is characterized in that the water displacement j from the pump 6 is connected to an injector for sucking air into the water stream and further to a packed column; The height of which corresponds to a theoretical storey under which a pressurized water reservoir is provided, for the saturation of water by air, a circulating pump 4 is installed with the air sucked in at the pump suction.

Základním aparátem je diskontinuální flotační reaktor válcového tvaru, ve kterém dochází k vynášení částic pevné fáze jemnými bublinkami vzdu-j chu k hladině, přičemž se zkracuje doba potřebná ί k oddělení fází a separovaná flotační pěna má několikanásobně vyšší stupeň zahuštění pevné fáze v porovnání s kalem ze sedimentačních postupů nebo s koláčem z prosté flotace. Flotační reaktor je podle potřeby doplněn objemovým filtrem, zaříze- ( ním pro přípravu tlakové vody sycené vzduchem, manipulačním čerpadlem a běžným pomocným technologickým zařízením.The basic apparatus is a cylindrical discontinuous flotation reactor in which the solid phase particles are carried by fine air bubbles to the surface, reducing the time required for phase separation and the separated flotation foam having a several times higher degree of solid phase thickening than sludge. from sedimentation processes or with a simple flotation cake. The flotation reactor is supplemented with a volumetric filter, a device for preparation of pressurized water with air, a manipulation pump and a common auxiliary technological equipment.

Jednotlivé technologické aparáty představují ί samostatné celky, které jsou podle vynálezu vý( hodně spojeny v jeden komplexní technologický , blok. Podle specifikace výrobní technologie a na ; základě kvalitativních ukazatelů je mnohdy výhodné nedoplňovat flotační reaktor veškerým pomocným technologickým zařízením. Např. pro odpadní i vody z destilace dehtů, které jsou po odstranění ( ropných látek dočišťovány na biologické čistírně, je j výhodné do procesu nezařazovat objemový filtr, protože stopové množství pevných látek se odstraj ní při dočištění s biologickým kalem.The individual technological apparatuses represent separate units which according to the invention are highly integrated into one complex technological block. According to the specification of the production technology and based on qualitative indicators it is often advantageous not to fill the flotation reactor with all auxiliary technological equipment. from the distillation of tars, which are after purification (of petroleum substances treated in a biological treatment plant), it is advantageous not to include a volume filter in the process, since the trace amount of solids is removed in the treatment with biological sludge.

Při odstraňování pevných látek ve formě vláken z procesních vod v papírenském nebo textilním průmyslu není nutné, jak bylo experimentálně | ! prokázáno, pomocné zařízení pro přípravu tlakové i i vody k flotaci, ale vzhledem k mimořádným i í adhezním schopnostem vláken provádět sycení j i vody vzduchem přímo jenom v manipulačním i i čerpadle.It is not necessary, as experimentally, to remove fibers in the form of fibers from process waters in the paper or textile industry ! It has been proven an auxiliary device for the preparation of pressure and water for flotation, but due to the extraordinary adhesion properties of the fibers to effect water saturation even with air directly in the handling and pump.

i Zařízení podle vynálezu je znázorněno na obrázcích č. 1 a č. 2. Zařízení podle obr. 1 se skládá l z flotačního reaktoru tvaru stojaté válcové nádoby s mechanickým zařízením na stahování flotační ; pěny běžné konstrukce. Vyflotované částice jsou shromažďovány v kalovém zásobníku 3. Dávkováp ní surovin i pomocných látek (sorbent, flokulant, ί koagulant, chemikálie apod.) a rovněž cirkulace kapaliny ve flotačním zařízení se provádí pomocí manipulačního čerpadla 4. Pro přípravu tlakové vody k flotaci slouží odstředivé čerpadlo 6 a sytící nádoba 5. Odstranění stopového množství pevných · látek z kapalné fáze po flotaci se provádí na i objemovém filtru 2.The apparatus of the invention is illustrated in Figures 1 and 2. The apparatus of Figure 1 consists of a flotation reactor in the form of a standing cylindrical vessel with a mechanical flotation withdrawal device; foams of conventional construction. The flotated particles are collected in a sludge tank 3. Dosing of raw materials and auxiliaries (sorbent, flocculant, ί coagulant, chemicals, etc.) as well as circulation of the liquid in the flotation device is carried out by means of a handling pump 4. 6 and the saturation vessel 5. Removal of the trace amount of solids from the liquid phase after flotation is performed on the volume filter 2 as well.

Voda s nečistotami I a pomocné látky II se načerpají do flotačního reaktoru 1 pomocí manipulačního čerpadla 4, kterým se rovněž provádí cirkulace kapaliny III ve flotačním zařízení. Tlaková voda IV je určena pro flotační oddělení nečistot a tlaková voda V pro propírání objemového filtruWater with impurities I and auxiliary substances II are pumped into the flotation reactor 1 by means of a handling pump 4, which also circulates liquid III in the flotation device. Pressurized water IV is intended for flotation separation of impurities and pressurized water V for washing the volume filter

2. Vyčištěná voda vypouštěná přes objemový filtr se dělí na dvě části, proud VI představující výstup _tvyčištěné vody z jednotky a proud VII tvořený/ vyčištěnou vodou pro přípravu tlakové vody. K vyčištěné vodě VII se na sání čerpadla 6 přisává vzduch VIII. Zásobník nasycené vody 5 je opatřen přívodem vzduchu IX.2. The purified water discharged through the volumetric filter is divided into two parts, the stream VI representing the outlet _{t of the} purified water from the unit and the stream VII formed / purified water for the preparation of pressurized water. Air VIII is sucked into the purified water VII at the pump suction 6. The saturated water reservoir 5 is provided with an air intake IX.

Po nadávkování čištěné vody a pomocných látek (sorbent, čiřič apod.) do flotačního reaktoru se uvede celý objem směsi do rotačního pohybu pomocí cirkulačního (manipulačního) čerpadla a vhodně umístěných hrdel sání a výtlaku čerpadla na flotačním reaktoru (tangenciální vstup a výstup). Rychlost pohybu směsi v reaktoru se řídí v laminámí, maximálně přechodné oblasti turbulence toku charakterizované hodnotou Reynoldsova kriteria v rozmezí 1 . 10² až 5.10⁴. Tím se dosahuje z hlediska kinetiky částic maximálního množství jejich užitečných srážek, v důsledku čehož dochází k vytváření větších celků neb shluků, které mají vyšší adhezní schopnosti nejen vůči mikrobublinkám vzduchu, ale i vůči bublinkám vzduchu větších průměrů, čímž se usnadňuje jejich ! oddělování při flotaci. Rovněž anundačni doba i (doba potřebná k vytvoření aglomerátu pevně částice a vynašeče) je kratší a jak bylo experimen- j tálně ověřeno, zkrátí se i doba potřebná pro flotaci a současně se zvýší i stabilita třífázové soustavy — flotační pěny, která je tvořena částicemi pevné fáze, vodou a vzduchem.After dosing the purified water and auxiliaries (sorbent, clarifier, etc.) into the flotation reactor, the entire volume of the mixture is rotated by means of a circulation pump and suitably positioned suction and discharge ports on the flotation reactor (tangential inlet and outlet). The rate of movement of the mixture in the reactor is controlled in the laminar, a maximum transient flow turbulence region characterized by a Reynolds criterion value in the range of 1. 10 ² to 5.10 ⁴ . This achieves the maximum kinetics of the particles in terms of the kinetics of the particles, resulting in larger units or clusters having higher adhesion properties not only to air bubbles but also to air bubbles of larger diameters, thereby facilitating their formation. flotation separation. Also, the anundation time i (the time required to form the agglomerate of the solid particle and the ejector) is shorter and, as has been experimentally verified, the time required for flotation will be shortened and the stability of the three-phase system - flotation foam consisting of solid particles phase, water and air.

Jestliže se využívá sorpčních nebo čiřicích schopností pevné fáze, například při čištění zaolejovaných odpadních vod aktivním uhlíkem, kdy ustavení rovnováhy v třífázové soustavě voda-nečistoty—sorbent je závislé na intenzitě styku dané : soustavy, je výhodné, jak bylo experimentálně prokázáno, využívat k tomuto účelu cirkulačního ; čerpadla místo dosud užívaných míchadel. Tímto | řešením se dosáhne v důsledku vysoké intenzity styku fází v čerpadle rovnováhy v dané soustavě a usměrnění dynamiky toku ve flotačním reaktoru í s následnou koagulací mikroskopických částic do ' větších celků. Podle charakteru dané soustavy je řešena cirkulace rotačním pohybem po šroubovici i ve flotačním reaktoru ve směru shora dolu nebo opačně. Rozhodujícím činitelem pro volbu směru pohybu jsou fyzikální vlastnosti pevných látek, jejich adhezní a sorpční schopnosti.If the sorption or clarification capabilities of the solid phase are utilized, for example in the treatment of oily waste water with activated carbon, where the equilibrium in the three-phase water-impurity system — the sorbent is dependent on the contact intensity of the system: circulation purpose; pumps instead of mixers used up to now. Hereby The solution is achieved due to the high intensity of phase contact in the pump of equilibrium in a given system and rectification of the flow dynamics in the flotation reactor followed by coagulation of the microscopic particles into larger units. According to the character of the given system, the circulation is rotated by a helical movement in the flotation reactor in the direction from top to bottom or vice versa. The decisive factors for the choice of direction of movement are the physical properties of solids, their adhesion and sorption properties.

Při čiřicích a sorpčních procesech je stupeň jejich účinnosti, jak bylo experimentálně prokázáno, mnohdy závislý na objemové koncentraci sorpčních nebo čiřicích látek, přičemž jejich sorpční a čiřící schopnosti nejsou při jednom použití zcela vyčerpány. V těchto případech je výhodné vyflotované částice z flotačního reaktoru neodstraňovat, ale ponechat je dále v reaktoru. V následném cyklu čištění vod se přítomné látky příznivě projeví jednak při novotvorbě nových částic z nadávkovaných komponent a jednak pri dalším zvýšení stupně účinnosti. Průběh děje žádaným směrem je dále ovlivňován hydrodynamickými podmínkami v reaktoru.In clarification and sorption processes, the degree of efficacy, as has been shown experimentally, is often dependent on the volumetric concentration of sorption or clarifying agents, and their sorption and clarification properties are not fully exhausted in a single use. In these cases, it is preferable not to remove the flotated particles from the flotation reactor but to keep them in the reactor. In the subsequent water purification cycle, the substances present favorably in the formation of new particles from the dosed components and in the further increase in the degree of efficiency. The course of the process in the desired direction is further influenced by the hydrodynamic conditions in the reactor.

Po dosažení požadovaného stupně účinnosti sorpčního anebo čiřícího procesu a následné úpravě základních pevných částic do tvarů a velikostí vhodných pro separaci (dosahuje se volbou hydrodynamických podmínek ve flotačním reaktoru) se provede vyflotování pevných částic přídavkem vody nasycené vzduchem pri vyšším tlaku. Při expanzi tlakové vody dojde k uvolnění jemných bublinek vzduchu, které jsou schopny adheze na částice pevné fáze a jejich vynášení k hladině kapaliny, kde se vytváří kompaktní vrstva pevných částic. Způsob a zařízení pro dosažení vysokého stupně sycení vody vzduchem a závislosti mezi sytícím tlakem, velikostí vzduchových bublinek a rozměrem separovaných částic jsou všeobecně známé. S výhodou lze doplnit toto sytící zařízení, jak bylo experimentálně prokázáno, o náplňovou kolonu, která má výšku odpovídající jednomu teoreljickému patru. Zařazením náplňové kolony do sytícího okruhu se získá tlaková voda s obsahem i vzduchu odpovídajícím 80 až 90% teoretického množství.After achieving the desired degree of efficiency of the sorption or clarification process and subsequent treatment of the basic solid particles to shapes and sizes suitable for separation (achieved by selecting hydrodynamic conditions in the flotation reactor), the solid particles are flotated by adding air saturated with air at higher pressure. Expansion of the pressurized water releases fine air bubbles that are capable of adhering to the solid phase particles and bringing them to the surface of the liquid where a compact layer of solid particles is formed. The method and apparatus for achieving a high degree of air saturation with air and the dependence between the saturation pressure, the size of the air bubbles and the size of the particles separated are generally known. Advantageously, this saturation device can be supplemented, as has been shown experimentally, with a packed column having a height corresponding to one theorelian tray. By inserting the packed column into the saturator circuit, pressurized water is obtained with an air content corresponding to 80 to 90% of the theoretical amount.

Expanze tlakové vody používané k flotaci se provádí pomocí trysky do objemu flotačního reaktoru. Proud tlakové vody je nasměrován tangenciálně do horní části vrstvy objemového filtru, kde v důsledku hydrodynamických změn dojde k flui! dači zrn materiálu tvořícího objemový filtr a tím současně i k odstranění částic zachycených na filtru v předchozím cyklu, přičemž mimovrstvová postupová rychlost přiváděné tlakové vody musí být vyšší než prahová rychlost úletu částic zachycených ! na filtru, aby došlo k jejich odstranění z prostoru objemového filtru. Prahová rychlost úletu je definována jako minimální mimovrstvová rychlost tekutiny, pri které v hypotetické nekonečně velkéThe expansion of the pressurized water used for flotation is carried out by means of a nozzle into the volume of the flotation reactor. The flow of pressurized water is directed tangentially to the upper part of the volume filter layer, where hydrodynamic changes cause flui! The particle filter material of the bulk filter and thereby also remove the particulates trapped on the filter in the previous cycle, wherein the extra-layer progressive velocity of the pressurized water supplied must be higher than the particulate trapped trapping velocity! on the filter to remove them from the volume filter space. The drift threshold is defined as the minimum extruded velocity of a fluid at which, in a hypothetical infinite

208 07 1 koloně s konečným množstvím částic ve fluidní vrstvě dosáhne mezerovitost vrstvy hodnoty 1, tj. koncentrace částic v koloně klesne k nule. V technické praxi je hodnota prahové rychlosti úletu částic stanovována jako sedimentační rychlost jednotlivé částice, která se většinou stanovuje experimentálně nebo ji lze vypočíst na základě semiempirické kriteriální rovnice obsahující kriteria Reynoldsovo a Archimedovo. Tímto způsobem se zcela odstraní nebo alespoň podstatně sníží nebezpečí kolmatace filtru.208 07 1 column with finite amount of particles in the fluidized bed reaches the layer void value of 1, ie the concentration of particles in the column drops to zero. In technical practice, the value of the threshold velocity of particulate matter is determined as the sedimentation velocity of a single particle, which is usually determined experimentally or can be calculated based on the semiempirical criterion equation containing the Reynolds and Archimedes criteria. In this way, the risk of filter perpendicularity is completely eliminated or at least substantially reduced.

Částice s mikrobublinkami vzduchu vytváří ve flotačním reaktoru postupující mrak s vysokými čiřícími a filtračními schopnostmi v průběhu flotačního děje. Současně v důsledku velkého stykového povrchu v dvoufázovém systému voda-vzduch dochází k dokonalému provzdušnění a prokysličení čištěné vody, což se příznivě projeví ve snížení chemické a biologické spotřeby kyslíku ve vyčištěných vodách. ,The microbubble particles form an advancing cloud in the flotation reactor with high clarifying and filtering capabilities during the flotation process. At the same time, due to the large contact surface in the two-phase water-air system, perfect aeration and oxygenation of the purified water occur, which has a beneficial effect in reducing the chemical and biological oxygen demand in the purified water. ,

Vlastní objemový filtr může tvořit nedílnou součást flotačního reaktoru nebo může být rovněž použit jako samostatný aparát. Výška vrstvy, objemového filtru závisí na velikosti zrna použitého materiálu a koncentraci pevných látek ve filtrované kapalině. Optimální výška vrstvy křemenného písku s velikostí zrna 0,4-0,6 mm je v rozmezí 0,4 až 0,6 m pro velikost zrna 0,8-1,6 mm v rozmezíThe bulk filter itself may form an integral part of the flotation reactor or may also be used as a stand-alone apparatus. The height of the layer, volume filter depends on the grain size of the material used and the concentration of solids in the filtered liquid. The optimum height of the silica sand layer with a grain size of 0.4-0.6 mm is in the range of 0.4 to 0.6 m for a grain size of 0.8-1.6 mm in the range of

1,2 až 1,6 m při obsahu pevných látek na vstupu nižším než 50 mg/1. Rychlost proudění přes objemový filtr se musí pohybovat v laminární oblasji a je charakterizována Reynoldsovým kriteriem s experimentálně stanovenými hodnotami Re_mav = 10aRe_krit = 1. Optimální rychlost kapaliny při objemové filtraci stanovená jako zdánlivá rychlost pod filtrem dosahuje hodnoty 15 m/h. Rovněž bylo zjištěno, že kolmatovaná vrstva filtru dosahuje výšky 5 až 8 cm. Postupem podle vynálezu se právě tato výška vrstvy regeneruje při každé flotaci tlakovou vodou. Regenerace vrstvy do větší hloubky není žádoucí, neboť v důsledku pomalé spodní vrstvy filtru dochází k přijatelnému nárůstu zrn zachycovaných nečistot, čímž se zvyšuje jejichί sorpční mohutnost vůči mikročásticím a tím se dosahuje i jejich dokonalejšího odstranění. Čištění celého objemu filtru se provádí běžně známými postupy vodou nebo směsí vody a vzduchu.1.2 to 1.6 m at a solids content of less than 50 mg / l. Flow rate through the filter volume must be within the zone of the laminar and is characterized by the Reynolds criterion with the experimentally determined values R _{m and} 10aR _crit = = 1. Optimal velocity fluid at a volumetric filtration rate apparent as provided under the filter reaches 15 m / h. It has also been found that the perpendicular filter layer reaches a height of 5 to 8 cm. With the method according to the invention, this layer height is regenerated at each pressurized water flotation. Regeneration of the layer to a greater depth is not desirable, because the slow bottom layer of the filter results in an acceptable increase in grains of entrapped impurities, thereby increasing their sorption power towards the microparticles and thereby achieving a better removal thereof. Purification of the entire filter volume is accomplished by conventional water or air / air mixtures.

Postup podle obrázku č. 2 se od předchozího liší tím, že pro přípravu vody nasycené vzduchem pro flotační proces se využívá manipulačního čerpadlaThe procedure of Figure 2 differs from the previous one in that a manipulation pump is used to prepare the air saturated with water for the flotation process.

4. Výhodné je upravit čerpadlo jako směšovač vzduchu a kapaliny nebo na výtlaku čerpadla zařadit dispergátor vzduchu a kapaliny. Tuto úpravu je výhodné používat pouze v těch případech, kdy Hotované částice vykazují vysokou adhezní schopnost vůči bublinkám vzduchu. Označení jednotlivých proudů na obr. 2 je shodné s označením obrázku č. 1, pouze proud V na obrázku č. 2 představuje směs vody a vzduchu, která se běžně používá pro propírání objemových filtrů.4. It is preferable to provide the pump as an air-liquid mixer or to incorporate an air-liquid disperser at the pump discharge. It is advantageous to use this treatment only in those cases where the finished particles exhibit high adhesion to air bubbles. The designation of the individual streams in FIG. 2 is identical to that of FIG. 1, except that the stream V in FIG. 2 is a mixture of water and air that is commonly used to wash volume filters.

Vynález je blíže objasněn v následujících příkladech.The invention is illustrated by the following examples.

Příklad 1Example 1

Stabilizované emulze odpadající ze strojírenských závodů byly čištěny dvoustupňovým postupem. V prvém stupni čištění došlo změnou pH a teploty k porušení stability systému — tzv. rozražení emulze. Ve druhém stupni byla vodná i fáze z předchozího stupně dočištěna za použití sorbentu - aktivního uhlíku. Čištění ve druhém stupni bylo prováděno na zařízení podle vynálezu, které je znázorněno na obr. 1.The stabilized emulsions from the engineering plants were cleaned by a two-step process. In the first stage of cleaning, the stability of the system - the so-called emulsion shattering - was broken by changing the pH and temperature. In the second stage, the aqueous phase and the previous stage were purified using an activated carbon sorbent. The second stage cleaning was carried out on the apparatus according to the invention shown in Fig. 1.

K předčištěné vodě z prvého stupně čištění byl přidán aktivní uhlík o velikosti základních částic 1 — 10 pm v množství 150 g na 1 m³ čištěné vody. Sorpce se prováděla cirkulací přes čerpadlo po dobu 20 minut. Koagulace částic uhlíku se provái děla při rychlosti proudění 0,5 m/s po dobu 5 minut. Poměr vody sycené vzduchem při tlaku 0,4 MPa používané pro flotaci k čištěné vodě byl 1:4 objemově. Obsah pevných látek ve vyčištěné vodě po flotaci byl 10 mg/I a na výtoku ze zařízeni, tj. po průchodu objemovým filtrem byl menší než 1 mg/1. Čistící efekt postupu podle vynálezu je shrnut do následující tabulky.To the pre-treated water from the first purification stage, activated carbon having a particle size of 1 - 10 µm was added in an amount of 150 g per 1 m ^{3 of} purified water. Sorption was performed by circulating through the pump for 20 minutes. Coagulation of the carbon particles is performed at a flow rate of 0.5 m / s for 5 minutes. The ratio of air-saturated water at 0.4 MPa used for flotation to purified water was 1: 4 by volume. The solids content of the purified water after flotation was 10 mg / l and at the effluent from the apparatus, i.e., after passing through the bulk filter, it was less than 1 mg / l. The cleaning effect of the process according to the invention is summarized in the following table.

I. stupeň vstup výstup 1st degree input Output II. stupeň vstup výstup na z jedflotaci notky II. degree input output on z jedflotaci notky extrahovatelné látky (mg/1) extractable substances (mg / l) 42 300 850 42 300 850 850 850 3 3 ropné látky (mg/1) petroleum substances (mg / 1) 30 800 480 30 800 480 480 480 1 1 CHSK (mg O₂/l)COD (mg O ₂ / l) 81 630 3 020 81 630 3,020 3 020 3 020 187 187 rozpuštěné látky (mg/1) solutes (mg / 1) 2 540 2 500 2,540 2,500 2 500 2 272 2,500 2,272 nerozpuštěné látky (mg/1) suspended solids (mg / 1) 600 490 600 490 640 640 1 1

Příklad jExample j

Odpadní vody z výplachu propan-butanových ; lahví obsahují extrahovatelné látky v množství maximálně 80 mg/1. Vody silně zapáchají v důsledku přítomnosti merkaptanů a dalších organických simých sloučenin. Tyto vody byly čištěny způsobem podle vynálezu na zařízení znázorněném na obr. 1 za použití aktivního uhlíku o velikosti základních částic 1-10 pm, který byl k čištěným vodám dávkován v množství 100 g/m³ vstupní vody. Sorpce za použití cirkulačního čerpadla se prováděla po dobu 40 minut. Koagulace částic byla prováděna při rychlosti 0,5 m/s po dobu 5 minut. Aktivní uhlík byl po flotaci ponechán v reaktoru do dalšího cyklu. Částečné odstranění použitého sorbentu ve formě flotační pěny a jeho likvidace se ) prováděla až po 5 cyldech čištění, přičemž přibližně i 1/4 objemu flotační pěny byla ponechána v reaktoi ru pro další cykly? Dosažené výsledky čištěni jsou shrnuty v následující tabulce.Waste water from propane-butane irrigation; cylinders contain extractable substances in a maximum of 80 mg / l. The water smells strongly due to the presence of mercaptans and other organic mime compounds. These waters were purified according to the method of the invention in the apparatus shown in Fig. 1 using activated carbon having a particle size of 1-10 µm, which was dosed to the treated waters in an amount of 100 g / m ^{3 of} input water. Sorption using a circulation pump was performed for 40 minutes. Particle coagulation was performed at a speed of 0.5 m / s for 5 minutes. After flotation, the activated carbon was left in the reactor for the next cycle. Partial removal of the sorbent used as flotation foam and its disposal was carried out after 5 cleaning cycles, while approximately 1/4 of the flotation foam volume was left in the reactor for further cycles? The achieved purification results are summarized in the following table.

vstup výstupinput Output

extrahovatelné látky (mg/1) extractable substances (mg / l) 25 25 3 - 3 - CHSK (mg O₂/l)COD (mg O ₂ / l) 207 207 39 39 nerozpuštěné látky (mg/1) suspended solids (mg / 1) 230 230 1 1 rozpuštěné látky (mg/1) solutes (mg / 1) 198 198 142 142 zápach odor silný, odpudivý strong, repellent bez zápachu without odor

Příklad 3Example 3

Odpadní vody ze skladu pohonných hmot byly shromažďovány v otevřené sběrné jímce a obsahovaly vedle extrahovatelných látek v rozmezí 20—100 mg/1 ještě tlející biologický kal, který nesedimentoval ani volně neflotoval a byl zdrojem velmi nepříjemného zápachu. Tyto vody byly čištěny na technologickém zařízení podle obr. 1 za použití sorbentu — aktivního uhlíku. Pracovní podmínky byly shodné s podmínkami uvedenými v příkladě 1. Dosažené výsledky jsou shrnuty v následující tabulce.The waste water from the fuel depot was collected in an open collecting pit and contained, in addition to extractable substances in the range of 20-100 mg / l, a decaying biological sludge that did not settle or freely float and was a source of very unpleasant odor. These waters were purified on the process equipment of Fig. 1 using an activated carbon sorbent. The operating conditions were identical to those in Example 1. The results are summarized in the following table.

vstup výstupinput Output

vzhled kapalné fáze appearance of liquid phase zelená, zakalená green, cloudy čirá, bezbarvá clear, colorless pach smell tlející, uhlo- rotting, charcoal bez without vodíkový hydrogen zápachu odor extrahovatelné látky (mg/1) extractable substances (mg / l) 56 56 3,2 3.2 CHSK (mg O₂/l)COD (mg O ₂ / l) 358 358 64 64 nerozpuštěné látky (mg/1) suspended solids (mg / 1) 514 514 4 4 BSK_s (mg O₂/l)BOD _s (mg O ₂ / l) 27,8 27.8 8,2 8.2

Příklad 4Example 4

Biologický kal z čistíren odpadních vod obsahoval 4,8 kg sušiny na 1 m³ kalu. Zahuštění kalu bylo provedeno způsobem podle vynálezu na zařízení znázorněném na obr. 1 s tím rozdílem, že na výstupu z jednotky nebyl zařazen objemový filtr. K flotaci bylo použito tlakové vody sycené vzduchem při tlaku 0,35 MPa. Objemový poměr původního biologického kalu k tlakové vodě byl 5 : 2. Koagulace kalu bylo dosaženo řízeným hydrodynamickým tokem ve flotačním reaktoru charakte; rizovaným hodnotou bezrozměrného kriteria Re = 1,82.10³, takže nemusely být dávkovány běžně používané flokulanty. Koagulace se prováděla po dobu 10 minut. Při flotaci se příznivě projevila přítomnost tenzidů, fenolů a dalších látek ve vodě. Vyflotovaný kal byl zahuštěn na 65 kg súšiny/m³ flotační pěny (bez objemu vzduchu).The biological sludge from sewage treatment plants contained 4.8 kg of dry matter per 1 m ^{3 of} sludge. Thickening of the sludge was carried out by the method according to the invention on the apparatus shown in Fig. 1, except that a volume filter was not included at the outlet of the unit. For flotation, pressurized air at 0.35 MPa was used. The volume ratio of the original biological sludge to the pressurized water was 5: 2. The sludge coagulation was achieved by a controlled hydrodynamic flow in the flotation reactor; risk value of dimensionless criterion Re = 1,82.10 ³ , so that commonly used flocculants did not have to be dosed. Coagulation was performed for 10 minutes. During the flotation, the presence of surfactants, phenols and other substances in water was positively manifested. The floated sludge was concentrated to 65 kg dry matter / m ^{3 of} flotation foam (no air volume).

Příklad 5Example 5

Odpadní vody z výroby papíru obsahovaly 3 g/1 pevných látek. K této směsi byl nadávkován koagulant Stipix KMN v množství 5 mg na 1 čištěné vody. Odstranění pevných látek z odpadní vody bylo provedeno na zařízení podle vynálezu znázorněném na obrázku č. 2. Koagulace vláken do větších celků — aglomerátů se dosáhlo rotačním pohybem ve flotačním reaktoru s rychlostí kapaliny 0,2 m/s. Vytvořené shluky vláken byly vyflotovány vodou nasycenou vzduchem dodávaným na sání cirkulačního čerpadla při výstupním tlaku 0,3 MPa. Voda na výtoku z jednotky obsahovala 4 mg/1 pevných látek. Regenerace objemového : filtru musela být prováděna po přefiltrování ; 800 m³ vod na 1 m³ filtrační plochy.Waste water from paper production contained 3 g / l of solids. To this mixture was added a Stipix KMN coagulant of 5 mg per 1 purified water. The removal of solids from the waste water was carried out on the apparatus according to the invention shown in Figure 2. Coagulation of the fibers into larger agglomerate units was achieved by rotary motion in a flotation reactor with a liquid velocity of 0.2 m / s. The formed fiber clusters were flotated with air-saturated water supplied at the suction of the circulation pump at an outlet pressure of 0.3 MPa. The unit effluent water contained 4 mg / L solids. Regeneration of the volumetric filter had to be performed after filtering; 800 m ^{3 of} water per m ^{3 of} filtration area.

Příklad 6Example 6

K zaolejované vodě z odmašťovacích strojů byl nadávkován koagulant FeCl₃ a flokulant, přičemž i došlo k vysrážení vloček Fe(OH)₃. Čištění zaolejo208 071 váných vod se provádělo na zařízení podle vynálezu, které je znázorněno na obrázku č. 1. Hydrodynamika toku v reaktoru byla řízena tak, aby došlo k nabalení vloček a vytvoření celků větších velikostí, které již mají dostatečné čiřící a flotační schopnosti. Rychlost kapaliny pri koagulaci byla 0,4 m/s a doba koagulace 12 minut. Flotace byla provedena tlakovou vodou nasycenou vzduchem při tlaku 0,35 MPa. Poměr tlakové vody k čištěné vodě byl 1 : 3.Coolant FeCl ₃ and flocculant were dosed to the oily water from degreasing machines, and Fe (OH) ₃ flakes precipitated. The purification of the oil was carried out on the apparatus of the present invention as shown in Figure 1. The reactor hydrodynamics were controlled to pack flakes and form larger sized units that already had sufficient clarifying and flotation capabilities. The coagulation liquid velocity was 0.4 m / s and the coagulation time was 12 minutes. Flotation was performed with pressurized air saturated with air at a pressure of 0.35 MPa. The ratio of pressurized water to purified water was 1: 3.

Dosažené výsledky jsou shrnuty v následující tabulce.The results are summarized in the following table.

vstup input výstup exit extrahovatelné látky (mg/1) extractable substances (mg / l) 270 270 12,4 12.4 nerozpuštěné látky (mg/1) suspended solids (mg / 1) 652 652 2,3 2.3 CHSK (mg O₂/l)COD (mg O ₂ / l) 480 480 182 182

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A method of continuously removing impurities from water and aqueous systems, such as aqueous solutions, emulsions and suspensions of colloids, and dispersed aqueous systems, performed by combining coagulation of the base particles into a coarse dispersed state with pressure flotation to form an ascending cloud of clarifying particles; which forms a layer of flotation foam at the liquid level, and optionally with a volume filtration, to trap residual impurities, characterized in that the coagulation of the particles is achieved by a rotational movement characterized by a dimensionless Re 1 criterion. 10 ² to 5.10 ⁴ with a complex formation time of 0.45 to 45 minutes, preferably 5-15 minutes, and subsequent flotation thereof with air bubbles released from air saturated with water at a pressure of 0.15 to 0.6 MPa, preferably at 0 3 to 0.45 MPa, and a volume ratio of purified water to air saturated with water of 10: 1 to 1: 2, preferably 5: 1 to 2: 1, to form a buoyant cloud of particles; with a progressive velocity of 1 to 15 m / h, preferably 3 to 8 m / h, which form a layer of flotation foam on the liquid surface which is periodically removed and the purified water is discharged, optionally after filtration.

2. The method of claim 1 wherein;

The flotation foam consisting of a three-phase particulate-water-air system is removed after 2 to 10 cleaning cycles, preferably after 3 to 5 cycles, leaving 10 to 30% by volume of foam in the reactor to remove the flotation foam from the process. following cleaning cycle. '

3. A process according to claim 1 or 2, wherein the purified water is also discharged through a volumetric filter, characterized in that decollation of the upper part of the volumetric; of the filter to a layer depth of 50 to 100 mm is carried out in each cleaning cycle with air-saturated water, the mixture of the volume filter particles and the filter perpendicular impurities being brought to a state of buoyancy such that

208,071 water relative to the particulate filter particles is below the drift threshold due to the fine particulate matter above the drift threshold.

4. An apparatus for carrying out the method of items 1-3 consisting of a flotation reactor (1) having a mechanical device for removing a dirt layer, a dirt reservoir (3), a circulation pump (4), an air-saturated water preparation device (5, 6). optionally supplemented by a positive displacement filter (2), characterized in that the flotation reactor (1) is a upright cylindrical vessel provided with tangentially positioned orifices for connecting the suction and discharge lines of the circulation pump (4) connected to the vessel so as to allow coherent direction of rotation of the entire volume with a mean rotational speed characterized by a Re criterion of 1. 10 ² to 5.10 ⁴ , wherein the discharge line of the circulation pump (4) is preferably terminated by a nozzle, and at the bottom of the flotation reactor (1) or more preferably at the top of the volume filter (2) (5, 6), in which the expansion of the dissolved air water is carried out by means of a throttling element formed by a valve or more preferably by a nozzle and the purified water is discharged through the orifice at the bottom of the reactor (1) or more preferably through a volumetric filter (2).

Device according to claim 4, characterized in that a volume filter (2), which preferably forms an integral part of the flotation reactor (1) with a grain size of 0.3-5 mm, is arranged at the effluent of the flotation reactor (1). , preferably 0.4-1.6 mm, in a layer of 0.4 - 2 m, preferably 0.5 - 1 m, with a uniform withdrawal of purified water over its entire cross-section using a flow bottom, preferably supplemented with lauter heads.

6. Apparatus according to items 4 and 5, equipped with an air saturating device made up of a centrifugal pump (6) and a saturating vessel (5), also serving as a reservoir of saturated water, characterized in that the water discharge from the pump (6) is connected to an injector for sucking air into the water stream, and to a packed column the height of which corresponds to a theoretical tray below which a pressurized water tank is provided.

; Device according to Claims 4 and 5, characterized in that a circulating pump (4) with air intake at the pump inlet is also installed to saturate the water with air.