RU2118293C1

RU2118293C1 - Method and installation for flotation treatment of liquids

Info

Publication number: RU2118293C1
Application number: RU96124209A
Authority: RU
Inventors: М.М. Медиоланская; Е.В. Лукьянов
Original assignee: Вологодский Политехнический Институт
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 1998-08-27

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: distinguishing feature of invention resides in that liquid-air mixture is introduced in countercurrent relation to the vector of velocity of liquid under treatment and treatment of liquid is conducted in the field of variable velocities of its movement, the lowest of them being depicted by formula v

Description

Изобретение относится к области химической технологии, в частности, к очистке жидкостей методом флотации, и может найти применение в области хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения для очистки воды с высокой эффективностью. The invention relates to the field of chemical technology, in particular, to purification of liquids by flotation, and may find application in the field of domestic, drinking and industrial water supply for water treatment with high efficiency.

Известен способ флотационной очистки воды [1]. Способ состоит в том, что общий поток очищаемой воды разделяется на несколько частей пропорционально объему каждой ступени флотации. Это позволяет не только проводить доочистку воды предыдущей ступени, но и использовать ее для разбавления исходного высококонцентрированного потока, поступающего в следующую ступень устройства. A known method of flotation water treatment [1]. The method consists in the fact that the total flow of purified water is divided into several parts in proportion to the volume of each flotation stage. This allows not only the post-treatment of water from the previous stage, but also to use it to dilute the initial highly concentrated stream entering the next stage of the device.

Недостатком известного способа флотационной очистки воды является низкая эффективность очистки воды из-за отсутствия в технологическом процессе реагентов, позволяющих проводить осветление, обесцвечивание и обеззараживание воды до необходимых норм. A disadvantage of the known method of flotation water treatment is the low efficiency of water treatment due to the lack of reagents in the technological process that allow clarification, bleaching and disinfection of water to the required standards.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ напорной флотации природных вод, выбранный в качестве прототипа, включающий подачу во флотатор исходной воды с предварительно введенными в нее реагентами (коагулянт, флокулянт, хлор, известковое молоко и т.д.), подачу сюда же водовоздушной смеси, отвод осветленной воды и флотационной пены [2, c. 197-200]. The closest in technical essence and the achieved effect is the method of pressure flotation of natural waters, selected as a prototype, including the supply of raw water to the flotator with pre-introduced reagents (coagulant, flocculant, chlorine, milk of lime, etc.), supply here the same water-air mixture, the removal of clarified water and flotation foam [2, p. 197-200].

Недостатком известного способа флотационной обработки воды является низкая его эффективность, обусловленная тем, что процесс флотационной обработки воды протекает в поле высоких скоростей движения потока воды во флотаторе. Это приводит к образованию застойных зон, вихрей, интенсификации процессов вторичного загрязнения обрабатываемой жидкости, а также к хаотичному движению флотируемой взвеси и к разрушению хлопьев, сформированных в процессе коагуляции взвеси в воде. Это ведет еще и к увеличению расхода реагентов, что снижает экономичность известного способа. A disadvantage of the known method of flotation treatment of water is its low efficiency, due to the fact that the process of flotation treatment of water proceeds in the field of high speeds of water flow in the flotator. This leads to the formation of stagnant zones, vortices, the intensification of the processes of secondary contamination of the processed fluid, as well as to the chaotic movement of the floated suspension and to the destruction of flakes formed during the coagulation of the suspension in water. This also leads to an increase in the consumption of reagents, which reduces the efficiency of the known method.

Известно устройство, осуществляющее способ флотационной очистки воды [1] . A device is known that implements a method of flotation treatment of water [1].

Недостатком известного устройства для флотационной очистки воды является низкая эффективность очистки воды из-за невозможности извлечения из очищаемой воды мелких взвесей без их коагуляции. A disadvantage of the known device for flotation water treatment is the low efficiency of water treatment due to the impossibility of extracting fine suspensions from purified water without coagulation.

Известно устройство, выбранное в качестве прототипа, содержащее трубопроводы для подачи очищаемой и отвода очищенной воды, камеру хлопьеобразования, боковой карман, флотореактор, флоторазделитель, лотки для сбора пены, сатуратор, трубопровод для подачи водовоздушной смеси, распределительную систему [2, рис. 11.3, с. 199]. A device is known, selected as a prototype, containing pipelines for supplying purified and discharging purified water, a flocculation chamber, a side pocket, a flotation reactor, a flotation separator, trays for collecting foam, a saturator, a pipeline for supplying a water-air mixture, a distribution system [2, Fig. 11.3, p. 199].

Недостатком известного устройства является низкая его эффективность, обусловленная тем, что в устройстве флотационную обработку воды ведут в поле высоких скоростей ее движения во флотаторе. Это приводит к образованию застойных зон во флотаторе, вихрей, интенсификации процессов вторичного загрязнения обрабатываемой жидкости, а также к хаотичному движению флотационной взвеси и к разрушению хлопьев, сформированных в процессе коагуляции взвеси в воде. Это ведет еще и к увеличению расхода реагентов, что снижает экономичность устройства. A disadvantage of the known device is its low efficiency, due to the fact that in the device flotation treatment of water is carried out in the field of high speeds of its movement in the flotator. This leads to the formation of stagnant zones in the flotator, vortices, the intensification of the processes of secondary contamination of the processed fluid, as well as to the chaotic movement of flotation suspended matter and to the destruction of flakes formed during the coagulation of suspended particles in water. This also leads to an increase in the consumption of reagents, which reduces the efficiency of the device.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы повысить эффективность флотационной обработки жидкостей. The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency of flotation processing of liquids.

Предлагаемое техническое решение заключается в том, что ввод жидкостно-воздушной смеси производят в режиме противотока по отношению к вектору скорости обрабатываемой жидкости, обработку жидкости ведут в поле переменных скоростей ее движения, причем нижнее значение скорости определяется по формуле

где
V - скорость движения обрабатываемой жидкости во флоторазделителе флотатора, м/с;
ν - - кинематическая вязкость обрабатываемой жидкости, м²/с;
R - гидравлический радиус флоторазделителя, м,
а необходимые реагенты вводят в обрабатываемую жидкость в дозированном виде в зону ее максимальной скорости. Это позволяет сначала быстро и равномерно смешать необходимые реагенты с обрабатываемой жидкостью, а затем, путем уменьшения скорости движения обрабатываемой жидкости до указанного предела, обеспечить оптимальные условия для протекания физико-химических процессов во флотаторе и удаления флотационной пены.The proposed technical solution is that the introduction of the liquid-air mixture is carried out in countercurrent mode with respect to the velocity vector of the liquid being treated, the liquid is treated in the field of variable speeds of its movement, and the lower value of the speed is determined by the formula

Where
V is the velocity of the processed fluid in the flotator flotator, m / s;
ν - is the kinematic viscosity of the treated fluid, m ² / s;
R is the hydraulic radius of the separator, m,
and the necessary reagents are introduced into the treated liquid in a dosage form into the zone of its maximum speed. This allows you to quickly and evenly mix the necessary reagents with the fluid being processed, and then, by reducing the speed of the fluid being treated to the specified limit, provide optimal conditions for the flow of physicochemical processes in the flotator and remove flotation foam.

Таким образом, предлагаемый способ характеризуется существенным отличием от известных, поскольку позволяет повысить эффективность обработки жидкости за счет обработки в поле переменных скоростей ее движения, где каждая стадия процесса протекает в оптимальном гидродинамическом режиме. Thus, the proposed method is characterized by a significant difference from the known ones, since it allows to increase the efficiency of processing the liquid by processing in the field of variable speeds of its movement, where each stage of the process proceeds in the optimal hydrodynamic mode.

Предлагаемое техническое решение заключается в следующем: флотореактор напорного флотатора выполнен плавнорасширяющимся вверх с центральным отверстием в донной части, которое с внутренней стороны флотореактора снабжено шнекообразной лопастью, установленной соосно с центральным отверстием, с наружной стороны к центральному отверстию присоединен верхним концом цилиндрический патрубок, нижний конец цилиндрического патрубка с помощью диффузора соединен с коллектором, к которому с помощью трубопроводов с размещенными на них запорными клапанами присоединены бачки с реагентами, внутри коллектора коаксиально установлен напорный цилиндрический патрубок с соплом на верхнем конце, выходной канал трубопровода для подачи жидкости, насыщенной воздухом, соосно направлен на шнекообразную лопасть, в верхней части флоторазделителя выполнены окна с жалюзи, открытыми внутрь флоторазделителя сверху, соединяющими флоторазделитель с боковым карманом, а запорные клапаны соединены с блоком управления. The proposed technical solution consists in the following: the pressure flotator flotoreactor is made upwardly expanding with a central hole in the bottom, which is provided with a screw-shaped blade mounted coaxially with the central hole on the inner side of the flotation reactor, and a cylindrical nozzle is connected to the central hole from the outside by the upper end, and the lower end of the cylindrical the nozzle is connected to the collector by means of a diffuser, to which, by means of pipelines with shut-off valves placed on them reagent tanks are connected by valves, a cylindrical pressure head pipe with a nozzle at the upper end is coaxially installed inside the collector, the outlet channel of the pipeline for supplying air-saturated liquid is aligned coaxially with the screw-shaped blade, windows with shutters are made in the upper part of the separator, which are open inside the separator from above, connecting a flotator with a side pocket, and shut-off valves connected to the control unit.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что оно содержит новые узлы со своими связями, позволяющими повысить эффективность обработки жидкостей. A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that it contains new nodes with its connections, which can improve the efficiency of processing liquids.

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed solution meets the criteria of the invention of "novelty."

На фигуре представлена схема устройства для флотационной обработки жидкостей. The figure shows a diagram of a device for flotation processing of liquids.

Заявляемый способ был реализован с помощью устройства для флотационной обработки жидкостей, содержащего насос 1, задвижки 2 и 10, напорные трубопроводы 3 и 11, эжектор 4, сатуратор 5, вентиль 6, трубопровод для подачи жидкости, насыщенной воздухом 7, флотореактор 8, шнекообразную лопасть 9, напорный цилиндрический патрубок 12, сопло 13, цилиндрический патрубок 14, центральное отверстие 15, диффузор 16, коллектор 17, запорные клапаны 18, 19, 20 и 21, трубопроводы 22, 23 и 24, бачки 25, 26 и 27, флоторазделитель 28, лотки для сбора пены 29, окно с жалюзи 30, боковой карман 31, отводящий трубопровод 32, блок управления 33. The inventive method was implemented using a device for flotation processing of liquids containing a pump 1, valves 2 and 10, pressure pipelines 3 and 11, ejector 4, saturator 5, valve 6, pipeline for supplying liquid saturated with air 7, flotation reactor 8, screw-shaped blade 9, pressure cylindrical nozzle 12, nozzle 13, cylindrical nozzle 14, central hole 15, diffuser 16, manifold 17, shut-off valves 18, 19, 20 and 21, pipelines 22, 23 and 24, tanks 25, 26 and 27, flotation separator 28 , trays for collecting foam 29, window with shutters 30, side pocket 31, from odyaschy conduit 32, the control unit 33.

Устройство для флотационной обработки жидкостей работает следующим образом. A device for flotation processing of liquids works as follows.

Очищаемая жидкость насосом 1 через открытую задвижку 2 по напорному трубопроводу 3 поступает в эжектор 4. В эжекторе 4 происходит подсасывание воздуха из атмосферы и интенсивное перемешивание его с жидкостью. Из эжектора 4 смесь жидкости и воздуха поступает в сатуратор 5, в котором она сжимается. Под действием давления воздух растворяется в жидкости и насыщает ее. Из сатуратора 5 через открытый вентиль 6 по трубопроводу 7 жидкость, насыщенная воздухом, с большой скоростью выходит из отверстия трубопровода 7 и попадает на шнекообразную лопасть 9. При этом жидкость скользит вдоль граней шнекообразной лопасти 9 и закручивается вокруг ее оси. Попадая в зону меньшего давления, из насыщенной воздухом жидкости выделяются мельчайшие его пузырьки, необходимые для флотационной обработки жидкости. Одновременно с этим очищаемая жидкость через открытую задвижку 10 по напорному трубопроводу 11 поступает в напорный цилиндрический патрубок 12, в сопло 13, в цилиндрический патрубок 14 и далее через центральное отверстие 15 во флотореактор 8. Из сопла 13 жидкость выходит в цилиндрический патрубок 14 с большой скоростью, благодаря чему давление в диффузоре 16 и коллекторе 17 снижается и становится меньше атмосферного. По команде с блока управления 33 открываются запорные клапаны 18, 19 и 20. За счет разности давлений на свободные поверхности растворов реагентов в бачках 25, 26 и 27 и в коллекторе 17 растворы реагентов по трубопроводам 22, 23 и 24 поступают сначала в коллектор 17, а затем через диффузор 16 в цилиндрический патрубок 14, где происходит их смешение с потоком очищаемой жидкости. Смешанный поток проходит через центральное отверстие 15 во флотореактор 8 по касательной к граням шнекообразной лопасти 9 и при этом закручивается в сторону, противоположную движению потока жидкости, насыщенной воздухом. При этом оба потока тщательно перемешиваются, пузырьки воздуха равномерно распределяются по всему объему жидкости, а восходящая скорость движения жидкости уменьшается. Этому способствует и плавнорасширяющаяся вверх форма флотореактора 8. Воздушные пузырьки флотируют взвешенные частицы и продукты химических реакций между очищаемой жидкостью и реагентами. Обработанная жидкость через окно с жалюзи 30 поступает в боковой карман 31 и далее через открытую задвижку 21 по трубопроводу 32 на фильтр (на схеме условно не показан). Жалюзи препятствуют проникновению в боковой карман 31 флотационной пены. Флотационная пена накапливается на свободной поверхности жидкости во флоторазделителе 28. Через определенный промежуток времени по команде с блока управления 33 закрывается задвижка 21. Уровень жидкости во флоторазделителе 28 при это повысится, флотационная пена по лоткам для сбора пены 29 отводится на сторону. По истечении времени сброса флотационной пены по команде с блока управления 33 задвижка 21 открывается и подача обработанной жидкости на фильтр по трубопроводу 32 продолжается. The liquid being cleaned by the pump 1 through the open valve 2 through the pressure pipe 3 enters the ejector 4. In the ejector 4, air is sucked in from the atmosphere and it is intensively mixed with the liquid. From the ejector 4, the mixture of liquid and air enters the saturator 5, in which it is compressed. Under the influence of pressure, air dissolves in the liquid and saturates it. From the saturator 5 through the open valve 6 through the pipeline 7, a liquid saturated with air exits at a high speed from the opening of the pipeline 7 and enters the screw-shaped blade 9. In this case, the liquid slides along the faces of the screw-shaped blade 9 and twists around its axis. Once in a zone of lower pressure, its smallest bubbles are released from the air-saturated liquid, which are necessary for flotation processing of the liquid. At the same time, the liquid being cleaned through the open valve 10 through the pressure pipe 11 enters the pressure cylindrical pipe 12, into the nozzle 13, into the cylindrical pipe 14 and then through the central hole 15 into the flotation reactor 8. From the nozzle 13, the liquid enters the cylindrical pipe 14 with high speed so that the pressure in the diffuser 16 and the manifold 17 decreases and becomes less than atmospheric. On command from the control unit 33, the shut-off valves 18, 19 and 20 are opened. Due to the pressure difference on the free surfaces of the reagent solutions in the tanks 25, 26 and 27 and in the collector 17, the reagent solutions through pipelines 22, 23 and 24 first enter the manifold 17, and then through the diffuser 16 into the cylindrical pipe 14, where they are mixed with the flow of the liquid being cleaned. The mixed stream passes through the central hole 15 into the flotation reactor 8 tangentially to the faces of the screw-shaped blades 9 and, at the same time, swirls in the direction opposite to the movement of the liquid stream saturated with air. In this case, both flows are thoroughly mixed, air bubbles are evenly distributed throughout the volume of the liquid, and the ascending velocity of the liquid decreases. This is facilitated by the smoothly expanding upward shape of the flotoreactor 8. Air bubbles float suspended particles and products of chemical reactions between the liquid to be cleaned and the reagents. The processed fluid through the window with the shutters 30 enters the side pocket 31 and then through the open valve 21 through the pipe 32 to the filter (not shown conventionally in the diagram). The blinds prevent the penetration of flotation foam into the side pocket 31. Flotation foam accumulates on the free surface of the liquid in the separator 28. After a certain period of time, the valve 21 closes at the command of the control unit 33. The liquid level in the separator 28 rises, the flotation foam is discharged to the side of the foam collecting trays 29. After the flotation foam discharge time has elapsed, upon the command from the control unit 33, the valve 21 opens and the flow of the treated liquid to the filter through the pipeline 32 continues.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить экономический эффект за счет высокого качества обработанной жидкости в напорном флотаторе, экономии реагентов и обработанной жидкости, расходуемой на промывку фильтра, так как в предлагаемом техническом решении фильтроцикл значительно увеличивается. The proposed technical solution allows to obtain an economic effect due to the high quality of the treated fluid in the pressure flotator, saving reagents and the treated fluid spent on washing the filter, as in the proposed technical solution, the filter cycle increases significantly.

Пример осуществления способа
Требуется осуществить флотационную обработку природной воды с запахом и привкусом, с хлорфенольным запахом с суточной производительностью Q_сут. = 1000 м³.An example of the method
It is required to carry out flotation treatment of natural water with an odor and taste, with a chlorphenol odor with a daily output of Q _days. = 1000 m ³ .

Обработку воды будем проводить в напорном флотаторе, у которого флотореактор имеет конусообразную форму, а флоторазделитель - цилиндрическую. Water treatment will be carried out in a pressure flotator, in which the flotoreactor has a conical shape, and the flotator is cylindrical.

Определим диаметр флоторазделителя из соотношения

где
D - диаметр флоторазделителя, м;
V - скорость движения обрабатываемой жидкости во флоторазделителе флотатора, м/с;
ν - кинематическая вязкость воды, м²/с, принятая нами равной 0,01•10^-4 м²/с;
R - гидравлический радиус флоторазделителя, м.Determine the diameter of the separator from the ratio

Where
D is the diameter of the separator, m;
V is the velocity of the processed fluid in the flotator flotator, m / s;
ν is the kinematic viscosity of water, m ² / s, which we assumed equal to 0.01 • 10 ^-4 m ² / s;
R is the hydraulic radius of the separator, m

Решая уравнение, находим, что D≥6,41 м, а V≤0,000358 м/с. Принимаем окончательно D = 6,41 м; V = 0,358 мм/с. Solving the equation, we find that D≥6.41 m, and V≤0,000358 m / s. We finally accept D = 6.41 m; V = 0.358 mm / s.

Марка насоса, характеристика исходной воды, реагенты и основные результаты расчетов приведены в таблице. The brand of the pump, the characteristics of the source water, reagents and the main results of the calculations are shown in the table.

В примере осуществлялась непрерывная подача реагентов. Однако, предлагаемое техническое решение позволяет также вводить реагенты в нужной последовательности поочередно. Время ввода реагентов при этом ничтожно мало по сравнению с временем обработки жидкости (см. п. 23 и 24). In the example, a continuous supply of reagents. However, the proposed technical solution also allows you to enter the reagents in the desired sequence alternately. In this case, the reagent injection time is negligible compared to the time for processing the liquid (see paragraphs 23 and 24).

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 785205, кл. C 02 F 1/24, 1980.Sources of information
1. USSR author's certificate N 785205, cl. C 02 F 1/24, 1980.

2. Николадзе Г. И. Технология очистки природных вод.- М.: Высшая школа, 1987, с. 480. 2. Nikoladze G.I. Technology for the purification of natural waters.- M.: Higher School, 1987, p. 480.

Claims

\ \ \ 1 1. A method of flotation treatment of liquids, including the introduction of the liquid to be cleaned, the introduction of reagents and mixing of the reagents with the liquid to be treated, the supply of a liquid-air mixture to the flotator reaction zone, separation of the purified liquid and contaminants in the floater, removal of the purified liquid and removal of flotation foam , characterized in that the input of the liquid-air mixture is produced in countercurrent mode with respect to the velocity vector of the liquid being treated, the liquid is treated in the field of variable speeds of its movement, moreover, the lower value of the speed is determined by the formula \\\ 6 $$$ \\\ 1 where V is the speed of the processed fluid in the flotator separator, m / s; \\\ 4 $$$ kinematic viscosity of the treated fluid, m <M ^> 2 <D> / s; \\\ 4 R is the hydraulic radius of the separator, m, \\\ 1 and the necessary reagents are introduced into the treated liquid in a metered form into the zone of its maximum speed. \\\ 2 2. A device for flotation processing of liquids, including the input unit of the liquid to be cleaned, the input unit of reagents, the flotation reactor, the flotator, the unit for the removal of purified liquid, a pump, an ejector, a saturator, a pipeline for supplying a liquid-air mixture, a side pocket, trays for a foam collecting unit and a control unit, characterized in that the flotation reactor is made upwardly expanding with a central hole in the bottom, which is provided on the inside of the flotation reactor with a screw-shaped blade mounted coaxially with the central With a hole, from the outside to the central hole a cylindrical pipe is connected with the upper end, the lower end of the cylinder is connected with a diffuser to the collector, to which tanks with reagents are attached via pipelines with shut-off valves placed on them, a pressure cylinder with a nozzle is coaxially mounted inside the collector at the upper end, the outlet channel of the pipeline for supplying air-saturated liquid is coaxially directed to the screw-shaped blade, in the upper part of the float section The windows are made with shutters open inside the flotation separator from above, connecting the flotator to the side pocket, and shut-off valves are connected to the control unit.