RU2119891C1

RU2119891C1 - Water treatment installation

Info

Publication number: RU2119891C1
Application number: RU97110996A
Authority: RU
Inventors: Владислав Владимирович Гончарук; Павел Николаевич Цыбулев
Original assignee: Институт коллоидной химии и химии воды им.А.В.Думанского Национальной академии наук Украины
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1998-10-10

Abstract

FIELD: water treatment. SUBSTANCE: invention, in particular, relates to flotation method and may be used to remove surfactants from natural and waste waters. Objective of invention is to improve installation by elaborating new design of lower part of casing of installation and providing it with connecting pipeline giving rise to reducing residual concentration of surfactants and increasing quality of treated water. For these purposes, casing is additionally equipped (i) with cylindrically- shaped mixer conjugated with convergent tube and being disposed coaxially with the latter and with upper cylindrical part of casing and (ii) with pipeline connecting foam collector and mixer. EFFECT: twofold reduced residual concentration of surfactant. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области обработки воды, в частности к устройствам для очистки воды методом флотации, и может быть использовано для очистки природных вод, а также сточных вод предприятий химической, нефтехимической, пищевой, текстильной отраслей промышленности, содержащих поверхностно-активные вещества. The invention relates to the field of water treatment, in particular to devices for water purification by flotation, and can be used to purify natural waters, as well as wastewater from chemical, petrochemical, food, textile industries containing surfactants.

Известно устройство для очистки воды от поверхностно-активных веществ /ПАВ/ методом флотации, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, в нижней части которого расположен барботер, а верхняя часть корпуса соединена со сборником пены /Русанов А.И., Левичев С.А., Жаров В.Т. Поверхностное разделение веществ: Теория и методы. - Л.: Химия, 1981, - 184 с./ [1]. A device for cleaning water from surface-active substances / surfactants / flotation method, containing a vertical cylindrical body, in the lower part of which there is a bubbler, and the upper part of the body is connected to a foam collector / Rusanov A.I., Levichev S.A., Zharov V.T. Surface Separation of Substances: Theory and Methods. - L .: Chemistry, 1981, - 184 p. / [1].

Процесс очистки воды осуществляется в корпусе путем взаимодействия пузырьков воздуха с водой, при этом очищаемая вода отводится снизу корпуса, а выделяемые примеси с пеной поступают в пеносборник. The process of water purification is carried out in the housing by the interaction of air bubbles with water, while the water being cleaned is discharged from the bottom of the housing, and the released impurities with the foam enter the foam collector.

Известное устройство предусматривает достаточно эффективную очистку от ПАВ в условиях, обеспечивающих образование устойчивой пены, т.е. при такой концентрации ПАВ в воде, которая обеспечивает образование в пленке пены насыщенного монослоя молекул ПАВ. При более низкой концентрации ПАВ устойчивая пена не образуется и устройство не работает. The known device provides a fairly effective cleaning from surfactants in conditions that ensure the formation of stable foam, i.e. at such a concentration of surfactants in water, which ensures the formation of a saturated monolayer of surfactant molecules in the foam film. At a lower surfactant concentration, stable foam does not form and the device does not work.

Как показали наши исследования, при очистке известным устройством [1] воды, содержащей 2,3•10^-4 М анионоактивного ПАВ - додецилбензолсульфата натрия или 2,3•10^-4 М неионогенного ПАВ - ОП-7, остаточная концентрация ПАВ, при которой уже не образуется устойчивая пена и, следовательно, прекращается процесс очистки, составляет 0,24•10,-4 М и 6,2•10^-6 М соответственно.As our studies have shown, when purifying with a known device [1] water containing 2.3 • 10 ^-4 M of anionic surfactant — sodium dodecylbenzenesulfate or 2.3 • 10 ^-4 M of nonionic surfactant — OP-7, the residual concentration of surfactant at which stable foam is no longer formed and, therefore, the cleaning process stops, is 0.24 • 10, -4 M and 6.2 • 10 ^-6 M, respectively.

Таким образом, недостатком известного устройства /1/ является достаточно высокая остаточная концентрация ПАВ, а, следовательно, невысокое качество очищенной воды. Thus, the disadvantage of the known device / 1 / is a sufficiently high residual concentration of surfactants, and, consequently, the low quality of purified water.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для очистки воды от ПАВ методом флотации /патент Украины N 5243, МПК⁵ C 02 F 1/24, 1994/ [2], содержащая входной патрубок /корпус/ цилиндрической формы, нижняя часть которого выполнена в виде раструба /конфузора/, направляющего пузырьки воздуха в цилиндрическую часть корпуса, и пеносборник, установленный на верхней части патрубка и соосно соединенный с последним. Пеносборник выполнен в виде последовательно сопряженных конфузора, диффузора, выходного патрубка и устройства для вывода загрязнений. Выходной патрубок имеет коническое сужение на верхнем конце, а устройство для вывода загрязнений представляет собой замкнутую оболочку, охватывающую выходной патрубок и оборудованную сливным патрубком.Closest to the invention in technical essence and the achieved effect is a water purification device for surfactants by flotation / patent of Ukraine N 5243, IPC ⁵ C 02 F 1/24, 1994 / [2], containing an inlet pipe / housing / cylindrical shape, lower part of which is made in the form of a bell / confuser /, directing air bubbles into the cylindrical part of the body, and a foam collector mounted on the upper part of the pipe and coaxially connected to the latter. The foam collector is made in the form of consecutively connected confuser, diffuser, outlet pipe and device for removing contaminants. The outlet pipe has a conical narrowing at the upper end, and the device for removing contaminants is a closed shell covering the outlet pipe and equipped with a drain pipe.

Входном патрубок /корпус/ расположен в колонне, снабженной сливным патрубком для удаления очищенной воды, в днище которой установлен воздухораспределитель /барботер/. The inlet pipe / housing / is located in a column equipped with a drain pipe to remove purified water, in the bottom of which an air distributor / bubbler / is installed.

Принцип действия данного устройства заключается в следующем. В процессе барботирования воздуха через очищаемую воду, содержащую ПАВ, образовавшиеся сферические пленки пены при переходе из раструба в цилиндрическую часть входного патрубка образуют плоскую пленку, перемещающуюся потоком воздуха в сборник пены. The principle of operation of this device is as follows. In the process of sparging air through the purified water containing surfactants, the spherical foam films formed during the transition from the bell to the cylindrical part of the inlet pipe form a flat film moving by the air flow into the foam collector.

Как известно, максимальная концентрация ПАВ в сферической пленке пены определяется равновесием между раствором и поверхностным слоем. Поскольку концентрация ПАВ в сферической и в плоской пленках равны, то по мере удаления ПАВ из раствора устойчивость плоской пленки падает и, наконец, достигается такая остаточная концентрация ПАВ, при которой плоская пленка не образуется, удаление пены становится невозможным и устройство прекращает очищать воду. As is known, the maximum concentration of surfactants in a spherical foam film is determined by the equilibrium between the solution and the surface layer. Since the concentration of surfactants in spherical and flat films is equal, then with the removal of surfactants from the solution, the stability of the flat film decreases and, finally, such a residual concentration of surfactants is achieved that a flat film is not formed, foam removal becomes impossible and the device stops purifying water.

Эффективность очистки воды от ПАВ известной установкой /2/ была проверена нами при очистке воды, содержащей 2,3•10^-4 М додецилбензолсульфаната натрия /ДБС Na/ или ОП-7. Известная установка позволяет очистить воду от ДБСNa до концентрации, равной 0,11•10^-4 М, а от ОП-7 - до 2,4•10^-6 М.The effectiveness of water treatment from surfactants with the known installation / 2 / was tested by us when treating water containing 2.3 • 10 ^-4 M sodium dodecylbenzenesulfonate / DBS Na / or OP-7. The known installation allows you to purify water from DBSNa to a concentration equal to 0.11 • 10 ^-4 M, and from OP-7 to 2.4 • 10 ^-6 M.

Таким образом недостатком известной установки является невысокое качество очищенной воды, обусловленное конструктивными особенностями выполнения нижней части входного патрубка /корпуса/ в виде раструба. Эффективная работа установки ограничена достаточно высокой остаточной концентрацией ПАВ, не обеспечивающей образование устойчивой пены и удаление ПАВ. Thus, the disadvantage of the known installation is the low quality of the purified water, due to the design features of the lower part of the inlet pipe / housing / in the form of a bell. The effective operation of the installation is limited by a sufficiently high residual surfactant concentration, which does not ensure the formation of stable foam and surfactant removal.

Кроме того, для известной установки характерно усложненное конструктивное решение пеносборника и выходного патрубка при достижении достаточно высокой остаточной концентрации ПАВ. In addition, the known installation is characterized by a complicated structural solution of the foam collector and the outlet pipe when a sufficiently high residual surfactant concentration is achieved.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать установку для очистки воды от ПАВ методом флотации путем нового конструктивного выполнения нижней части корпуса в виде смесителя цилиндрической формы и оборудования дополнительно трубопроводом, соединяющим пеносборник со смесителем, что обеспечит эффективную работу установки при значительно более низкой остаточной концентрации ПАВ и, следовательно, приведет к более высокому качеству очищенной воды при одновременном упрощении конструкции. The basis of the invention is the task to improve the installation for cleaning water from surfactants by flotation by a new structural design of the lower part of the body in the form of a cylindrical mixer and equipment with an additional pipeline connecting the foam collector to the mixer, which will ensure efficient operation of the installation at a significantly lower residual concentration of surfactants and, therefore, it will lead to a higher quality of treated water while simplifying the design.

Для решения поставленной задачи предложено устройство для очистки воды, включающее барботер, корпус цилиндрической формы с нижней частью, выполненной в виде конфузора, и пеносборник, установленный на верхней части корпуса, в котором согласно изобретению корпус дополнительно оборудован смесителем цилиндрической формы, сопряженным с конфузором и расположенным соосно последнему, при этом смеситель соединен трубопроводом с пеносборником, а выход соединительного трубопровода расположен ниже уровня отвода пены. To solve this problem, a water purification device is proposed, including a bubbler, a cylindrical body with a lower part made in the form of a confuser, and a foam collector installed on the upper part of the body, in which according to the invention the body is additionally equipped with a cylindrical mixer paired with the confuser and located coaxial to the latter, while the mixer is connected by a pipe to the foam collector, and the output of the connecting pipe is located below the level of foam removal.

Нами установлено, что конструктивное выполнение корпуса в виде последовательно сопряженных "цилиндр /смеситель/ - конфузор - цилиндр" и возврат части пеноконденсата в смеситель посредством соединительного трубопровода обеспечивает реализацию следующих процессов:
- осуществление барботажа в "цилиндре" /смесителе/ приводит к созданию стационарного градиента концентрации ПАВ по высоте смесителя таким образом, что в верхней части оно выше, чем в нижней, а следовательно, концентрация ПАВ в сферических пленках пены, образующихся в верхней части смесителя будет более высокой, чем определяемая равновесием со средней концентрацией раствора;
- возврат части пеноконденсата из пеносборника к месту выхода пены из смесителя в конфузор приводит к повышению концентрации ПАВ в жидкости, находящейся в верхней части смесителя /по сравнению со случаем без возврата пены/ вследствие того, что концентрация ПАВ в пене значительно выше, чем в растворе. А это, в свою очередь, приводит к увеличению концентрации ПАВ и в сферических пленках образующейся в этом месте пены.We found that the structural design of the housing in the form of sequentially conjugated "cylinder / mixer / - confuser - cylinder" and the return of a portion of the foam condensate to the mixer through a connecting pipe ensures the implementation of the following processes:
- the implementation of the bubbling in the "cylinder" / mixer / leads to the creation of a stationary gradient of surfactant concentration along the height of the mixer so that in the upper part it is higher than in the lower, and therefore, the concentration of surfactant in the spherical foam films formed in the upper part of the mixer will be higher than determined by equilibrium with an average concentration of the solution;
- the return of a portion of the foam condensate from the foam collector to the place where the foam exits the mixer to the confuser leads to an increase in the concentration of surfactants in the liquid located in the upper part of the mixer / compared to the case without foam return / due to the fact that the concentration of surfactants in the foam is significantly higher than in the solution . And this, in turn, leads to an increase in the concentration of surfactants in the spherical films of the foam formed at this point.

В результате осуществления указанных процессов эффективная работа установки обеспечивается при концентрации ПАВ в растворе более низкой, чем та, которая обеспечивает устойчивость плоской пленки пены по равновесию со средней концентрацией раствора, что реализуется в известной установке [2]. As a result of the implementation of these processes, the effective operation of the installation is ensured when the surfactant concentration in the solution is lower than that which ensures the stability of the flat foam film in equilibrium with the average concentration of the solution, which is realized in the known installation [2].

Таким образом, совокупность конструктивных признаков предложенного устройства для очистки воды методом флотации является необходимой и достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - снижения остаточной концентрации ПАВ в очищенной воде, а следовательно, повышение качества очищенной воды при одновременном упрощении конструкции. Thus, the set of design features of the proposed device for water purification by flotation is necessary and sufficient to achieve the technical result provided by the invention — reducing the residual surfactant concentration in the purified water, and therefore, improving the quality of the purified water while simplifying the design.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the device.

Устройство состоит из корпуса, выполненного в виде соосно сопряженных смесителя цилиндрической формы; конфузора 2; цилиндрической части 3; сборника пены 4, расположенного на верхней части корпуса и оборудованного патрубком для отвода пены [5]; и соединительного трубопровода 6 для возврата части пеноконденсата в верхнюю часть смесителя 1. Трубопровод оснащен вентилем 7 для регулирования количества возвращаемого пеноконденсата. The device consists of a housing made in the form of a coaxially conjugated mixer of a cylindrical shape; confuser 2; cylindrical part 3; a foam collector 4 located on the upper part of the housing and equipped with a nozzle for removing foam [5]; and a connecting pipe 6 for returning a portion of the foam condensate to the top of the mixer 1. The pipe is equipped with a valve 7 for controlling the amount of foam condensate to be returned.

Корпус установлен в емкость с очищаемой водой. В нижней части емкости под корпусом расположен барботер 9 с патрубком для подвода воздуха 10. The housing is installed in a tank with purified water. In the lower part of the tank under the housing there is a bubbler 9 with a pipe for supplying air 10.

Устройство работает следующим образом. Воздух под давлением выше атмосферного поступает по патрубку 10 в барботер 9. Образовавшиеся в барботере пузырьки воздуха всплывают вверх в смесителе 1 и посредством конфузора 2 направляются в цилиндрическую часть корпуса 3. В результате массообмена поверхность раздела фаз обогащается ПАВ. На входе в цилиндрическую часть корпуса сферические пленки пены превращаются в плоскую пленку, которая потоком воздуха перемещается вдоль части корпуса 3 в пеносборник 4. Часть пеноконденсата удаляется через патрубок 5, а другая часть - через соединительный трубопровод 6 и регулирующий вентиль 7 возвращается в верхнюю часть смесителя 1. Расположение выхода соединительного трубопровода 6 из пеносборника ниже уровня отвода пены обеспечивает условия накопления в пеносборник пеноконденсата с максимальной концентрацией для возврата в смеситель. Вследствие того, что концентрация ПАВ в воде на границе раздела фаз, а следовательно, в пене существенно выше средней в растворе, то по мере удаления пены из устройства происходит уменьшение концентрации ПАВ в очищаемой воде, а следовательно, повышается качество очищенной воды. The device operates as follows. Air under atmospheric pressure enters through a nozzle 10 into a bubbler 9. Air bubbles formed in the bubbler float upward in the mixer 1 and are directed to the cylindrical part of the housing 3 by means of a confuser 2. As a result of mass transfer, the interface is enriched with a surfactant. At the entrance to the cylindrical part of the body, the spherical foam films turn into a flat film, which flows through the body part 3 into the foam collector 4 by a stream of air. Part of the foam condensate is removed through the nozzle 5, and the other part through the connecting pipe 6 and the control valve 7 is returned to the upper part of the mixer 1. The location of the outlet of the connecting pipe 6 from the foam collector below the level of foam removal provides the conditions for the accumulation of foam condensate in the foam collector with a maximum concentration for return to the mix l. Due to the fact that the concentration of surfactants in water at the phase boundary, and therefore, in the foam, is significantly higher than the average in the solution, as the foam is removed from the device, the concentration of surfactants in the treated water decreases, and therefore, the quality of the purified water increases.

В таблице представлены данные по эффективности очистки воды от ДБСNa и ОП-7 предложенным устройством, а также отражены результаты очистки аналогичной воды известными устройствами. The table presents data on the effectiveness of water purification from DBSNa and OP-7 by the proposed device, and also shows the results of purification of similar water by known devices.

Как следует из представленных данных, предложенное устройство обеспечивает глубокую очистку воды от ПАВ; остаточная концентрация ДБСNa достигает 0,05•10^-4 М, а ОП-7 - 1,1•10^-6 М.As follows from the data presented, the proposed device provides deep water purification from surfactants; the residual concentration of DBLNa reaches 0.05 • 10 ^-4 M, and OP-7 - 1.1 • 10 ^-6 M.

Сопоставительный анализ эффективности очистки воды от ПАВ предложенным и известным устройствами показывает, что использование предложенного устройства для очистки воды от ПАВ позволяет в 2 раза уменьшить остаточную концентрацию ПАВ по сравнению с прототипом, что приводит к повышению качества очищенной воды. A comparative analysis of the effectiveness of water treatment from surfactants by the proposed and known devices shows that the use of the proposed device for water treatment from surfactants allows to reduce the residual concentration of surfactants by 2 times compared with the prototype, which leads to an increase in the quality of purified water.

Claims

1. A device for water purification, including a bubbler, a cylindrical body with a lower part made in the form of a confuser, and a foam collector mounted on the upper part of the body, characterized in that the body is additionally equipped with a cylindrical mixer paired with the confuser and located coaxially with the latter while the mixer is connected by a pipe to the foam collector.

2. The device according to claim 1, characterized in that the outlet of the connecting pipe from the foam collector is located below the level of foam removal.