CZ169798A3

CZ169798A3 - Zařízení a postup pro flotační úpravu znečištěné vody

Info

Publication number: CZ169798A3
Application number: CZ981697A
Authority: CZ
Inventors: Jan Dahlquist; Torsten Hedberg
Original assignee: Purac Ab
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1998-11-11
Also published as: WO1997020775A1; DK0888246T3; PL327344A1; NO982594D0; US6217777B1; AU703164B2; ATE236087T1; EP0888246B1; ES2195028T3; TR199801025T2; AU1048697A; SE9504386L; CA2239468A1; EA199800530A1; SE9504386D0; DE69627203D1; EP0888246A1; EE9800169A; BR9611694A; CN1207720A

Description

Zařízení a postup pro flotační úpravu znečištěné vody

Oblast techniky

Tento vynález se týká čištění znečištěné vody jako je například povrchová voda, spodní voda, stejně jako odpadová voda, a konkrétněji pak zařízení pro toto čištění a postupu prováděného tímto zařízením.

Dosavadní stav techniky

Při všech čištěních znečištěné vody jako je povrchová voda, spodní voda, stejně jako odpadová voda, mají největší důležitost postupy odlučování. Pro výrobu pitné vody či pro jiné čištění odpadové vody jsou odstraňovány znečišťující látky v podobě částic. Tyto částice mohou vznikat přirozeně ve vodě vtékající do čistícího zařízení anebo jsou formovány při biologickém či chemickém zpracovávání. Normálně částice klesají ke dnu nějaké nádoby, kde se odlučují jako bahno či kal. Během vývoje toto bylo tradičním způsobem čištění vody.

Ještě jedním způsobem pro čištění vody je flotace (či vzplavování, pozn.), která byla vyvinuta a zdokonalována od 50. let. Při flotaci jsou dané částice odlučovány od vody jejich přepravou na povrch prostřednictvím velmi malých vzduchových bublinek. Ty se připojují k těmto částicím a formují tak zvané agregáty, jejichž rychlost klesání je • ·· · · ♦ · ·· ··· · · ·· · · ·« ··· · · · · · · • ·

- 2 pětkrát až desetkrát pomalejší než je rychlost klesání odpovídajících částic.

V tradičním flotačním zařízení pro úpravu vody se voda ke zpracování pohybuje směrem dolů a opouští danou nádrž výstupními prostředky blízko dna. Normální povrchové zatížení, například, v postupu pro pitnou vodu je 7-10 m/h. Když je toto zatížení překročeno, rychlost vody směrem dolů se zvyšuje do takového rozsahu, že vzduchové bublinky z disperze, jež normálně stoupají k povrchu, opouštějí nádrž spolu s výstupní vodou. Tyto vzduchové bublinky vstupují do následného kroku filtrace, kde se chovají jako částice. Tlaková ztráta daného filtru se dramaticky zvyšuje a způsobuje častější vratný proud. Provozní náklady tohoto filtračního postupu se tímto zvyšují. Zdá se, jakoby strhávané vzduchové bublinky neunášely žádné částice anebo velmi málo částic, protože kalnost vzorků vody obsahujících vodní bublinky se po odstranění těchto bublinek zvyšuje pouze nepatrně.

Přenášení vzduchových bublinek ve výtokové kapalině je takto omezujícím činitelem pro povrchové zatížení postupu založeného na flotaci rozpouštěným vzduchem.

Hlavním cílem tohoto vynálezu je poskytnout flotační zařízení pro čištění znečištěné vody, které by umožňovalo značné zvýšení povrchového zatížení bez významného strhávání či unášení vzduchových bublinek ve vypouštěné vodě.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout postup pro čištění znečištěné vody prostřednictvím flotace, ve kterém budou nevýhody spojené s předchozími technikami podstatně eliminovány anebo alespoň značně sníženy.

Další cíle a přednosti tohoto vynálezu budou učiněny zřejmými v následujícím popise specifických ztvárnění.

Podstata vynálezu

Tento vynález je založen na novém konceptu, kde je • · · • · · • · · • · · φ · · ·· · • ·· · · • ·· · • · · ·· · k flotační technice použita lamelová pročišťovací technika, při použití montáže (sestavení) od sebe rozmístěných prvků, definujících průchody pro tok vody skrze tyto prvky kde, namísto opouštění postupu z vrchní části jako u normálního lamelového čištění, je upravené vodě udělován tok směrem dolů skrze od sebe rozmístěné prvky a je vypouštěna u dna. Vzduchové bublinky a částice k nim připojené mají tendenci stoupat, ale jsou tlačeny proudem vody za vysoké rychlosti směrem dolů. Během jejich přesunu směrem dolů tyto budou při línat k zadní straně od sebe rozmístěných prvků, kde se shlukují a formují větší agregáty s jinými vzduchovými bublinami, dokud nemají stoupací sílu dostatečně silnou pro opuštění těchto od sebe rozmístěných prvků a stoupají k vršku. Podle této nové koncepce, aby opustila nádrž na dně, musí všechna voda k čištění přecházet shora a dolů skrze od sebe rozmístěné prvky.

Podle toho, tento vynález zajišťuje lamelové flotační zařízení pro čištění znečištěné vody, zahrnující flotační nádobu mající vstupní prostředek k dodávání znečištěné vody do této nádoby, montáž (sestavení) od sebe rozmístěných prvků definujících kanály pro průtok vody těmito prvky, a výstupní prostředky pro povrchový kal a výstupní prostředky pro upravenou vodu; vyznačující se proud směruj ícimi prostředky, nutícími přitékající znečištěnou vodu aby dosáhla úrovně nad výše řečenou montáží a proudila směrem dolů tímto sestavením od sebe rozmístěných prvků a směrem k výstupním prostředkům upravené vody.

V takovémto flotačním zařízení je prostředek dodávání vody umístěn na dně řečené nádoby na jednom jejím zakončení.

Od sebe rozmístěné prvky vytvářející řečenou montáž jsou přednostně složeny ze souboru od sebe rozmístěných paralelních lamel (destiček, desek, plátků apod., pozn.), definujících úzké průtoky k proudění vody, ale mohou být rovněž složeny ze souboru od sebe rozmístěných sešikmených paralelních trubek, formujících takovéto úzké kanály.

• · ·

Prostředek dodávání vody je přednostně tvořen vstupní štěrbinou, protahující se přes v podstatě celou šířku dané nádoby.

Rovněž se upřednostňuje, aby řečený prostředek výstupu upravené vody byl umístěn na dně dané nádoby. V ještě jednom ztvárnění podle tohoto tvořen plochou skříní, vynálezu je tento výstupní prostředek definující spodek nádoby. Tato skříň dolní stěnu, spojené bočními proužky svém zakončení otevřená a na druhém svém zahrnuje horní stěnu a a je na jednom zakončení uzavřená, a řečená horní stěna je opatřena mnohostí otvorů spojených s řečenými úzkými průtoky pro tok čištěné vody směrem k výstupnímu prostředku upravené vody, definovanému řečeným jedním zakončením této skříně.

rovněž složena z vedle sebe

Tato spodní skříň může být slícovaných trubek, složených dohromady, s otevřením na druhém zakončení a jednom zakončení a uzavřením na spojenými se řečenými úzkými kanály pro tok a takto stejnou funkci jako popsaná

V takovém ztvárnění plochá spodní skříň.

s otvory ma j ících opatřena jsou na spojených definovanými řečenými lamelami, otvory vzhůru mezi je tato nádoba vhodně jejichž vnitřní stěny otvorů.

dvojitými bočními stěnami, svém spodním zakončení opatřeny mnohostí s řečenými úzkými průchody čištěná voda proudí přes tyto bočními stěnami, směrem k výstupnímu prostředku řečenými upravené vody.

Navíc, ve ztvárnění prostředky vody uspořádanými na tento přepad je sdružen s z řečených otvorů souose s úzkého průtoku a umístěným

Ve flotačním přednostně výstupní přepady, každý právě popsaném jsou tvořeny výstupními horní části řečených bočních stěn, kanálem protahujícím se z jednoho a postaveným vedle odpovídajícího uvnitř řečené vnitřní stěny.

zařízení podle tohoto vynálezu se upřednostňuje zahrnout disperzní prostředek, umístěný ve spojení s řečeným vstupním prostředkem, pro zavádění plynu k zajišťování flotace.

• ·· ·· ·· ·· ··· · · ·· · · · · ·

Obr. 1

- 5 Tento vynález rovněž poskytuje postup pro čištění znečištěné vody prostřednictvím flotace, a tento postup zahrnuje následující kroky:

a) zavádění znečištěné vody do flotační zóny v její horní části, při současném dispergování vody zaváděním plynu do ní;

b) generování toku směrem dolů dispergované vody skrze zónu zvýšeného povrchu v takové míře toku, že malé plynové bublinky jsou unášeny touto vodou, ale shlukují se při kontaktu s tímto povrchem, čímž stoupají k vršku flotační zóny;

c) odstraňování pěn s vršku flotační zóny a vypouštění samostatně čištěné vody;

V postupu podle tohoto vynálezu povrchové zatížení na znečištěnou vodu ve flotační zóně přednostně překračuje asi 7 m/h a obzvláště přesahuje asi 10 m/h.

V přednostním ztvárnění postupu podle tohoto vynálezu je znečištěná voda zaváděna v úrovni v podstatě se rovnající spodní úrovni flotační zóny, kde je dispergována plynem, a v němž je pak dispergované vodě udělen tok směrem nahoru vně flotační zóny a pak je směrována do a rozdělována přes tuto zónu pro tok směrem dolů skrze ní.

Dále budou podrobněji popsána některá specifická ztvárnění tohoto vynálezu,

Přehled obrázků na výkresech

Nyní budou dále podrobněji popsána, pomocí odkazů na příslušné doprovodné výkresy, některá specifická ztvárnění tohoto vynálezu, v nichž:

- znázorňuje schematicky, perspektivní pohled na ztvárnění flotačního zařízení dle tohoto vynálezu.

Obr. 2 - znázorňuje rovněž schematicky, perspektivní pohled na další ztvárnění flotačního zařízení podle tohoto vynálezu.

Obr. 3 - znázorňuje rovněž schematicky, perspektivní pohled na třetí ztvárnění flotačního zařízení podle tohoto vynálezu.

Obr. 4 - znázorňuje graf, porovnávající tradiční flotaci s lamelovou flotaci v souladu s tímto vynálezem.

Příklady provedeni vynálezu

Ztvárněním flotačního zařízení podle tohoto vynálezu, znázorněné na Obr. 1 ve schematickém perspektivním pohledu, zahrnuje nádobu či kontejner 3 s přední stěnou 5, zadní stěnou 7, koncovými stěnami 9, 11, a plochým dnem 13. Ve spojení s přední stěnou 5 je nádoba 3 opatřena prodloužením 15 obsahujícím výstup 17 kalu. Na druhém zakončení nádoby 3 je tlakovaný vzduchem saturovaný vstup 19 vody připojen k trubkám 21 pro zavádění tlakované plynem nasycené vody, vhodně vzduchem, na spodku nádoby 3 přilehle její zadní stěny 7. Na dolním zakončení této zadní stěny 7 je uspořádána vstupní štěrbina 23 pro znečištěnou vodu ke zpracování.

Ve ztvárnění znázorněném na Obr. 1 je spodní část 13 tvořena plochou skříní 31, zahrnující horní stěnu 33, dolní stěnu 35, a boční proužky 37 spojující tuto horní a dolní stěnu. Tato plochá skříň 31 je na jednom svém zakončení otevřené zakončení 39 pro vypouštění upravené vody, zatímco na druhém svém protilehlém zakončení 31 je uzavřená. Uvnitř nádoby 3a na vrchní části ploché skříně 31 je uspořádán soubor 41 sešikmených lamel (destiček) 43, a mezi těmito lamelami 43 byly uspořádány otvory 45 pro spojení s vnitřkem ploché skříně 31.

Ztvárnění znázorněné na Obr. 2 odpovídá tomu, které je • ·· · · · · · • ··· · ··· znázorněno na Obr. 1, s výjimkou následujících charateristických rysů konstrukce.

Zařízení na Obr. 2 je opatřeno dnem s jednoduchou stěnou 13, namísto ploché skříně 31 zařízení znázorněného na Obr. 1. Navíc, daná nádoba či kontejner jsou opatřeny dvojitými bočními stěnami 51a, 51b, a 53a, 53b. Uvnitř těchto stěn s dvojitou stěnou jsou uspořádány přepážky 55, jedna proti každé lamele uvnitř nádoby a formují kanály 57. Tyto kanály 57 jsou na svých spodních zakončeních opatřeny otevřeními 59, jedním pro každý kanál, a na svých horních zakončeních jsou uspořádány přepady 61, jeden pro každý kanál 57. V jiných ohledech toto ztvárnění na Obr. 2 odpovídá tomu, jež je znázorněno na Obr. 1.

Ztvárnění flotačního zařízení znázorněného na Obr. 3 odpovídá blízce tomu, co je znázorněno na Obr. 1, s výjimkou skutečnosti, že soubor lamel 43 byl nahrazen souborem trubic 65, každá tato trubka je ve spojení s vnitřkem ploché skříně 31 prostřednictvím otvorů 67. Konstrukce ztvárnění uvedeného na Obr. 3 je jinak stejná jako návrh ztvárnění uvedeného na Obr. 1.

Funkce ztvárnění uvedených na Obr. 1 a Obr. 3 je stručně následující:

Před vstupem do flotačního zařízení je znečištěná voda, například odpadní voda, flokulována tradičním způsobem a vtéká do zařízení skrze vstupní štěrbinu na spodku zadní stěny 7. Když flokulována voda proteče štěrbinou 23 je pak dispergována prostřednictvím zavádění vzduchu vstupem 19 a trubkami 21 skrze speciální ventily na spodku tohoto flotačního zařízení. Mžikový tlakový pokles v těchto ventilech uvolňuje vzduch v podobě mikroskopických bublinek. Vzduchové bublinky a dané vločky se k sobě navzájem připojují a pohybují se v nádrži 3 směrem nahoru a stoupají nad lamelami 43 nebo trubkami 65 a nahoru k povrchu.

Agregáty vzduchových bublinek a vloček formují kalovou pokrývku na povrchu a jsou přenášeny sběrači či stěrači (na ··· · · ·· · · · · • · · · ··· · · ·· ·«· · · · · · · ···*· ·· ·· ·· ♦ · příslušných výkresech nejsou znázorněny) do výstupu 17 povrchového kalu. Čistá voda spolu s malými vzduchovými bublinkami proudí směrem dolu a uvnitř mezi lamelami 43 nebo trubkami 65. Malé vzduchové bublinky unášené (či strhávané, pozn.) ve vodě se potom shlukují při kontaktu s těmito lamelami anebo trubkami a formují větší bubliny, které se pohybují směrem vzhůru proti proudu vody a k povrchu. Voda opouští lamely 43 či trubky 65 skrze malé výstupní otvory 45 a 67, respektive, a voda je stejnoměrně rozdělována mezi lamelami nebo trubkami. Kvůli omezením vytvářeným výstupními otvory 45 je vytvořena malá tlaková ztráta, což reguluje daný proud tak, že se stejnoměrně rozděluje přes soubor daný lamel nebo trubek.

Upravená voda opouští flotační nádobu či nádrž 3 skrze výstup 39 vody mezerou uvnitř ploché skříně 31.

V zařízení znázorněném na Obr. 2 jsou dané podmínky stejné jako ve ztvárněních na Obr. 1 a 3, s výjimkou toho, že voda procházející směrem dolů mezi danými lamelami proudí do stran přes přepady a ven z flotačního zařízení. Přepady jsou od sebe navzájem odděleny a voda je tudíž stejnoměrně rozdělována mezi kanály definovanými těmito lamelami. Koncepce tohoto vynálezu bude nyní znázorněna specifickým příkladem, který však nemá být vykládán jako omezení rozsahu tohoto vynálezu s výjimkou toho, jak je to definováno v příslušných připojených nárocích.

PŘIKLAD

Běžné flotační pokusné zařízení bylo opatřeno extra dnem nad normálními výstupními trubkami. Na tomto extra dnu byly umístěny lamelové destičky, a mezi každou touto deskou byly vyvrtány otvory skrze dno, stejnoměrně rozdělené as s takovou velikostí, že byla za normálních zatížení tvořena malá tlaková ztráta. Voda byla nucena aby proudila • · • ·· · · · · ·· ··· ·· <*· ·· · ♦

- 9 z horní části a dolů mezi každou lamelou. V důsledku tlakové ztráty v daných otvorech tok skrze každou lamelu byl stejný. Po průchodu danými otvory bylo vodě umožněno aby opustila flotační zařízení normálními výtokovými trubkami. Toto pokusné zařízení tudíž bylo provozováno většinou stejným způsobem jako ztvárnění znázorněné na Obr. 1. K výtoku tohoto pokusného zařízení byl připojen spřažený turbidimetr (nefelometr).

Použité flotační pokusné zařízení zahrnovalo následující provozní údaje:

Délka flotační nádrže	m	1,4
šířka flotační nádrže	m	0,7
nominální povrch flotace	m²	1,0
omezený flotační povrch během testů	m²	0, 63
počet lamelových desek		14
výška lamelové desky	m	0, 50
sešikmení	stup.	50-60°
lamelový vyčnívající povrch	m²	2,86
plocha lamely	m²	0, 32

míra recyklace při všech pokusech	%	7-8
tlak saturátoru	bary	5,2
koagulační dávka AL³~ v průběhu všech pokusů	mg/1	70

V těchto pokusech byla použita nezpracovaná (surová) voda z Lackarebacku (Gothenburg), švédsko.

Byly provedeny dvě serie experimentů, jedna serie

s lamelovými destičkami a pro srovnání druhá serie bez lamelových desek, odpovídající běžnému flotačnímu postupu. Byla aplikována různá povrchová zatížení a byla spřaženě (on-line), měřena kalnost.

Ve druhé sérii experimentů byly odstraněny lamelové destičky, s výjimkou první a poslední. Extra dno v nádrži však bylo udržováno vytvářejíce malý tlakový pokles když voda procházela danými otvory. To mělo za následek účinnost odstraňování extra vzduchu v těchto pokusech. Z hlediska omezení proudu surové vody byl povrch flotace ve všech experimentech omezen na asi polovičku velikosti. Byla instalována plastická vrstva či plášť od spodku dané nádrže a do úrovně nad povrch vody. Toto uspořádání bylo testováno na unikání během experimentů, dávkováním malých dávek rhodaminu blízko všech rohů a stěn, kde mohlo být očekáváno unikání.

V grafu na Obr. 4 jsou prezentovány příslušné výsledky vytečkováním kalnosti proti povrchovému zatížení. Dvě křivky představující tradiční flotaci jako horní křivka a použití lamel podle tohoto vynálezu jako spodní křivka, jasně dokumentují účinnost použití koncepce tohoto vynálezu. Takto použitím konceptu lamelové flotace může být povrchové zatížení značně zvýšeno a tudíž zvýšena kapacita tohoto zařízení. Může být úspěšně používáno povrchové zatížení přesahující 10 m/h a porovnání dokumentuje, že povrchové zatížení může být zvýšeno o nejméně 50% při současném udržování stejné úrovně kalnosti.

Je třeba poznamenat, že tento vynález není žádným způsobem omezen na svá znázorněná ztvárnění a osobě která je kvalifikovaná v dané technice budou jeho změny a modifikace zřejmé.

Claims

1. Flotační zařízení /1/ pro čištění znečištěné vody, zahrnující flotační nádobu /3/ mající vstupní prostředek /23/ k dodávání znečištěné vody do této nádoby, montáž /41/ od sebe rozmístěných prvků /43, 65/ definujících kanály pro průtok vody těmito prvky, a výstupní prostředky pro povrchový kal /15, 17/ a výstupní prostředky /39, 45; 57, 61/ pro upravenou vodu, vyznačující se tím, že prostředek dodávání vody je umístěn na dně /13/ této nádoby na jednom jejím zakončení, tím, že proud směrující prostředky jsou uspořádány tak, že nutí přitékající znečištěnou vodu aby dosáhla úrovně nad řečenou montáží /41/ a proudila směrem dolů touto montáží a směrem k výstupním prostředkům /39, 45; 57, 61/ upravené vody, a tím, že prostředky výstupu upravené vody /39, 45/ jsou umístěny na dně /13/ řečené nádoby /3/, a výstupní prostředky pro povrchový kal /15, 17/ jsou umístěny na vršku tohoto zařízení.

2. Flotační zařízení podle nároku 1, v němž montáž od sebe rozmístěných prvků je složena ze souboru /41/ od sebe rozmístěných, sešikmených paralelních lamel /43/, definujících úzké kanály pro průtok vody.

3. Flotační zařízení podle nároku 1, v němž montáž od sebe rozmístěných prvků je složena ze souboru /41/ od sebe rozmístěných, sešikmených paralelních trubek /65/, definujících úzké kanály pro průtok vody.

4. Flotační zařízení podle jakéhokoli předcházejícího nároku, v němž prostředek dodávání vody je tvořen vstupní štěrbinou /23/, protahující se přes v podstatě celou šířku řečené nádoby /3/.

• · • ♦ ·

- 12 (náhradní list)

5. Flotační zařízení podle jakéhokoli předchozího nároku, v němž jsou výstupní prostředky tvořeny plochou skříní /31/

6. Flotační zařízení podle nároku 5, v němž tato plochá skříň má horní stěnu /33/ opatřenou otvory /45/, jimiž je voda stejnoměrně rozdělována přes řečenou montáž /41/ při průtoku skrze ní.

7. Flotační zařízení podle nároku 2 nebo 4, v němž je řečená nádoba opatřena dvojitými bočními stěnami /51a, b, 53a, b/, jejichž vnitřní stěny jsou na svém spodním zakončení opatřeny mnohostí otevření /59/ spojených s řečenými úzkými kanály definovanými lamelami /43/, a čištěná voda proudí přes tyto otvory vzhůru mezi řečenými bočními stěnami směrem k výstupnímu prostředku upravené vody /39/.

8. Flotační zařízení podle nároku 7, v němž jsou otevření /59/ uspořádána tak, aby stejnoměrně rozdělovala vodu přes montáž /41/ při protékání skrze ní.

9. Flotační zařízení podle nároku 7 nebo 8, v němž jsou výstupní prostředky upravené vody tvořeny výstupními přepady /61/, uspořádanými na horní části bočních stěn /51a, b, 53a, b/, každý přepad /61/ je sdružen s kanálem /57/ protahujícím se z jednoho z řečených otevření /59/ souose s a postaveným vedle odpovídajícího úzkého průtoku a umístěným uvnitř řečené vnitřní stěny.

10. Flotační zařízení podle jakéhokoli předcházejícího nároku, dále obsahující disperzní prostředky /19, 25/, umístěné ve spojení s řečeným vstupním prostředkem /23/, pro zavádění plynu k zajišťování flotace.

• 9

- 13 (náhradní list)

11. Postup pro čištění znečištěné vody prostřednictvím flotace, zahrnující následující kroky:

b) generování toku směrem dolu dispergované vody skrze zónu zvýšeného povrchu v takové míře toku, že malé plynové bublinky jsou unášeny (strhávány) touto vodou, ale shlukují se při kontaktu s tímto povrchem, čímž stoupají k vršku flotační zóny;

12. Postup podle nároku 11, v němž povrchové zatížení na znečištěnou vodu v řečené zóně zvýšeného povrchu překračuje asi 7 m/h a přednostně přesahuje asi 10 m/h.

13. Postup podle nároku 11 nebo 12, v němž řečená zóna zvýšeného povrchu je vytvořena prostřednictvím sešikmených lamel anebo trubek.

14. Postup podle nároku 13, v němž řečená zóna zvýšeného povrchu je vytvořena prostřednictvím sešikmených lamel.

15. Postup podle jakéhokoli z nároků 11 až 14, v němž je znečištěná voda zaváděna v úrovni v podstatě se rovnající spodní úrovni flotační zóny, kde je dispergována pomocí plynu, a v němž je pak dispergované vodě udělen tok směrem nahoru vně flotační zóny a pak je směrována do a rozdělována přes řečenou zónu pro tok směrem dolů skrze ní .