RU2297978C1

RU2297978C1 - Installation for floatation purification of the waste waters

Info

Publication number: RU2297978C1
Application number: RU2005138186/15A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Кондратьев (RU); Сергей Александрович Кондратьев; Александр Васильевич Белобородов (RU); Александр Васильевич Белобородов
Original assignee: Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-04-27

Abstract

FIELD: environmental protection; installations for flotation purification of the industrial and domestic waste waters.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the installation for purification of the high-concentration industrial and domestic waste waters, for removal of proteins, fats, petroleum, surface-active substances, SS-AS, other impurities. The installation contains: rectangular (in plan) body (1) with the distribution system of the perforated pipelines located inside the body (2) for inlet of the water-air mixture; the assembly of withdrawal of the purified water with the reception pocket (10); the mechanism (6) for removal of the foam and the foam collector (7) and the branch pipe (8) for removal of the foam; the device for saturation of the source water with the air bubbles consisting of the pump (3) and the water- air ejectors (4). The installation is supplied with the receiving tank for stabilization of consumption of the waters fed in the water- air ejectors (4)connected with the inlet branch pipe of the pump (3) and through the reverse valve - with the body of the installation; and the device for saturation of the incoming water with air bubbles - with the additional in compliance with the number of the perforated pipelines water-air ejectors (4), each of which is mounted coaxially with the appropriate perforated pipeline (2). The technical result of the invention is the increased efficiency of the waste waters purification at the high concentration of the removed impurities due to the increased amount of the air introduced into the installation, formation of the developed surface of the "water-air" phase interface and the uniform distribution of the air in the volume, and also stabilization of the pump operation due to elimination of air entry into its inlet branch pipe; and the reduced electric power input.

EFFECT: the invention ensures the increased efficiency of the waste waters purification at the high concentration of the removed impurities, formation of the developed surface of the "water-air" phase interface and the uniform distribution of the air in the volume, stabilization of the pump operation, the reduced electric power input.

2 dwg

Description

Техническое решение относится к устройствам для обработки воды промышленных и бытовых высококонцентрированных стоков и предназначено для удаления белков, жиров, нефтепродуктов, ПАВ, СПАВ и других аналогичных примесей.The technical solution relates to devices for treating water of industrial and domestic highly concentrated waste water and is intended for the removal of proteins, fats, petroleum products, surfactants, surfactants and other similar impurities.

Известен аппарат для эффективной концентрации минералов методом пенной флотации по патенту США №3371779, кл. 209-166 (1968 г.). Аппарат содержит прямоугольный корпус, разделенный на сообщающиеся флотационное и расположенное под ним гидравлическое отделения, средства подачи пульпы во флотационное и введения воздуха в гидравлическое отделения, устройство перелива и сбора пены, устройство вывода отработанной пульпы. Флотационное и гидравлическое отделения разделены перфорированной пластиной, служащей для равномерного распределения воздуха по сечению флотационного отделения. В качестве средства введения воздуха служит эжектор, диффузор которого через обратный клапан сообщен с гидравлическим отделением аппарата.A known apparatus for the effective concentration of minerals by the method of foam flotation according to US patent No. 3371779, class. 209-166 (1968). The apparatus comprises a rectangular housing divided into communicating flotation and hydraulic compartments located below it, means for supplying pulp to the flotation compartment and introducing air into the hydraulic compartments, an overflow and foam collection device, and an exhaust pulp outlet device. The flotation and hydraulic compartments are separated by a perforated plate, which serves to evenly distribute air over the cross section of the flotation compartment. An ejector is used as a means of introducing air, the diffuser of which is connected through the check valve to the hydraulic compartment of the apparatus.

Основной недостаток известного аппарата - неравномерное распределение поверхности раздела фаз "вода-воздух" по горизонтальному сечению флотационного отделения. Основная масса пузырьков воздуха сосредоточена вдоль оси струи водовоздушной смеси, выбрасываемой из эжектора. Всплытие и концентрация пузырьков под перфорированной пластиной в ограниченной зоне приводит к их коалесценции и образованию под ней воздушной подушки. Примененное средство распределения поверхности раздела фаз "вода-воздух" в виде перфорированной пластины приводит к снижению эффекта извлечения полезного компонента из пульпы вследствие резкого сокращения поверхности раздела фаз и ее неравномерного распределения по объему флотационного аппарата. Другой недостаток заключается в том, что в известном аппарате не предусмотрено средство стабилизации расхода воды, проходящей через эжектор. Падение расхода воды может привести к отклонению параметров работы эжектора от оптимальных, уменьшению эжекции воздуха и, как следствие, к снижению эффекта извлечения из пульпы полезного компонента.The main disadvantage of the known apparatus is the uneven distribution of the water-air phase interface over the horizontal section of the flotation compartment. The bulk of the air bubbles is concentrated along the axis of the jet of water-air mixture ejected from the ejector. Surfacing and concentration of bubbles under the perforated plate in a limited area leads to their coalescence and the formation of an air cushion under it. The applied means of distributing the water-air phase interface in the form of a perforated plate reduces the effect of extracting the useful component from the pulp due to a sharp reduction in the phase interface and its uneven distribution over the volume of the flotation apparatus. Another disadvantage is that in the known apparatus does not provide a means of stabilizing the flow of water passing through the ejector. A drop in water flow can lead to a deviation of the parameters of the ejector from optimal, a decrease in air ejection and, as a result, to a decrease in the effect of extracting a useful component from the pulp.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является установка для флотационной очистки воды по патенту №2114063, кл. С 02 F 1/24, В 03 D 1/14, опубл. в БИ №18, 1998 г., содержащая прямоугольный в плане корпус с парными параллельными перегородками, между которыми размещены трубопроводы для подвода исходной воды и трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, связанные с устройством рециркуляции очищенной воды, механизм удаления пены с пеносборником и узел вывода очищенной воды с приемным карманом, связанный трубопроводом с устройством рециркуляции очищенной воды. Перфорированные трубопроводы для подвода водовоздушной смеси размещены коаксиально внутри перфорированных трубопроводов для подвода исходной воды. Последние снабжены входными патрубками, установленными на их цилиндрической поверхности. Устройство рециркуляции очищенной воды содержит дополнительный контур трубопроводов для возврата чистой воды из напорного трубопровода насоса в его входной патрубок.The closest analogue in technical essence and the set of essential features is the installation for flotation water treatment according to patent No. 2114063, class. C 02 F 1/24, B 03 D 1/14, publ. in BI No. 18, 1998, containing a rectangular case with paired parallel partitions, between which pipelines for supplying source water and pipelines for supplying an air-air mixture are connected, connected to a recirculated water recirculation device, a foam removal mechanism with a foam collector, and a cleaned withdrawal unit water with a receiving pocket, connected by a pipeline to the recycled water recycling device. Perforated pipelines for supplying the air-water mixture are placed coaxially inside the perforated pipelines for supplying the source water. The latter are equipped with inlet pipes mounted on their cylindrical surface. The purified water recirculation device contains an additional piping loop for returning clean water from the pump discharge pipe to its inlet pipe.

Известная установка имеет невысокий эффект очистки при высокой концентрации удаляемых примесей, отличается недостаточной стабильностью работы насоса и повышенным расходом электроэнергии. Невысокий эффект очистки обусловлен недостаточным количеством воздуха, вводимого через устройство рециркуляции очищенной воды. Объем воздуха, подаваемого эжектором в насос, не превышает 5-8% от объема поступающей в него воды. Ввод большего количества воздуха приводит к срыву работы насоса. Использование в известной установке диспергатора для получения мелких пузырьков не позволяет получить при столь малом объеме воздуха необходимую площадь поверхности раздела фаз "вода-воздух". Малая площадь поверхности раздела фаз при высокой концентрации примесей приводит к их неполному извлечению и, как следствие, к снижению эффекта очистки воды. Попадание воздуха, даже в допустимых количествах, во входной патрубок насоса приводит к коалесценции пузырьков воздуха, изменению расхода воды через насос и, как следствие, к его нестабильной работе. Часть мощности насоса постоянно расходуется в дополнительном контуре трубопроводов для возврата чистой воды из напорного трубопровода насоса в его входной патрубок.The known installation has a low cleaning effect at a high concentration of removed impurities, is characterized by insufficient stability of the pump and increased energy consumption. The low cleaning effect is due to the insufficient amount of air introduced through the recycled water recirculation device. The volume of air supplied by the ejector to the pump does not exceed 5-8% of the volume of water entering it. Introducing more air will disrupt the pump. The use of a dispersant in the known apparatus for producing small bubbles does not allow to obtain, with such a small volume of air, the required air-to-air interface. The small surface area of the interface at a high concentration of impurities leads to their incomplete extraction and, as a result, to a decrease in the effect of water purification. The ingress of air, even in acceptable quantities, into the pump inlet leads to coalescence of air bubbles, a change in the flow rate of water through the pump and, as a result, to its unstable operation. Part of the pump power is constantly consumed in the additional piping circuit to return clean water from the pump discharge pipe to its inlet pipe.

Решение задачи повышения расхода воздуха и создания необходимой площади поверхности раздела фаз "вода-воздух" путем подачи его в диспергатор от внешнего источника сжатого воздуха требует дополнительных затрат, связанных с установкой компрессора и его эксплуатацией. К тому же установка компрессора не всегда возможна. В связи с изложенным известная установка не может применяться при высокой концентрации удаляемых примесей.Solving the problem of increasing air flow and creating the necessary surface area of the water-air interface by supplying it to the dispersant from an external source of compressed air requires additional costs associated with installing the compressor and its operation. In addition, the installation of a compressor is not always possible. In connection with the foregoing, the known installation cannot be used at a high concentration of removed impurities.

Поставлена задача - повысить эффект очистки сточных вод при высокой концентрации удаляемых примесей за счет увеличения количества воздуха, вводимого в установку, создания развитой поверхности раздела фаз "вода-воздух" и равномерного распределения воздуха по объему, а также улучшить стабильность работы насоса, исключив попадание воздуха в его входной патрубок, и снизить расход электроэнергии.The task was to increase the effect of wastewater treatment at a high concentration of removed impurities by increasing the amount of air introduced into the installation, creating a developed water-air interface and even distribution of air throughout the volume, and also improving the stability of the pump, eliminating air ingress in its inlet pipe, and reduce power consumption.

Решение поставленной задачи достигается тем, что установка для флотационной очистки воды, содержащая прямоугольный в плане корпус с размещенной внутри распределительной системой перфорированных трубопроводов для ввода водовоздушной смеси, узел вывода очищенной воды с приемным карманом, механизм для удаления пены с пеносборником, устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха, состоящее из насоса и водовоздушного эжектора, согласно техническому решению снабжена приемной емкостью для стабилизации расхода поступающей в водовоздушные эжекторы воды, сообщенной с входным патрубком насоса и через обратный клапан - с корпусом установки, а устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха - дополнительными, по числу перфорированных трубопроводов, водовоздушными эжекторами, каждый из которых установлен соосно с соответствующим перфорированным трубопроводом распределительной системы.The solution to this problem is achieved by the fact that the installation for flotation water treatment, containing a rectangular casing with a perforated piping inside the distribution system for introducing an air-water mixture, a purified water outlet with a receiving pocket, a mechanism for removing foam with a foam collector, a device for saturating the source water air bubbles, consisting of a pump and a water-air ejector, according to the technical solution is equipped with a receiving tank to stabilize the flow into ovozdushnye ejectors water inlet communicating with the pump and through a check valve - with an installation housing and the device for initial water saturation of air bubbles - further, according to the number of perforated pipes, water-air ejectors, each of which is mounted coaxially with a corresponding perforated pipeline distribution system.

В предлагаемой конструкции водовоздушная смесь вводится в каждый перфорированный трубопровод распределительной системы водовоздушным эжектором, минуя насос. Данное техническое решение позволяет вводить в обрабатываемую воду необходимое количество воздуха и исключить его попадание во входной патрубок насоса. Объем воздуха, вводимого в установку, может превышать объем поступающей на обработку воды. В камере смешения водовоздушного эжектора происходит интенсивное перемешивание воды и воздуха. Часть кинетической энергии струи водовоздушной смеси, вытекающей из сопла водовоздушного эжектора, в процессе смешения рассеивается, формируя интенсивное турбулентное движение в камере смешения и диффузоре водовоздушного эжектора. Турбулентные пульсации приводят к дроблению воздуха и получению пузырьков воздуха малого размера. Малый размер пузырьков при большом объеме вводимого воздуха создает высокоразвитую поверхность раздела фаз "вода-воздух". Равномерность распределения воздуха по объему обрабатываемой воды достигается тем, что каждый перфорированный трубопровод распределительной системы снабжен водовоздушным эжектором, установленным соосно с ним. Соосность позволяет использовать другую часть кинетической энергии струи для создания скоростного движения водовоздушной смеси вдоль оси перфорированного трубопровода. Высокая скорость движения водовоздушной смеси в перфорированных трубопроводах препятствует расслоению водовоздушной смеси. В результате из всех отверстий перфорированных трубопроводов выделяется примерно одинаковое количество пузырьков воздуха. Создание высокоразвитой поверхности раздела фаз "вода-воздух" и ее равномерное распределение по объему обрабатываемой воды позволяет повысить эффект очистки в случае высокой концентрации удаляемых примесей в исходной воде.In the proposed design, the air-water mixture is introduced into each perforated distribution system pipe with a water-air ejector, bypassing the pump. This technical solution allows you to enter the required amount of air into the treated water and prevent it from entering the pump inlet. The volume of air introduced into the installation may exceed the volume of water supplied to the treatment. Intensive mixing of water and air occurs in the mixing chamber of the air-water ejector. Part of the kinetic energy of the jet of water-air mixture flowing from the nozzle of the water-air ejector, during the mixing is dissipated, forming an intense turbulent movement in the mixing chamber and the diffuser of the water-air ejector. Turbulent pulsations lead to crushing of air and the formation of small air bubbles. The small size of the bubbles with a large volume of introduced air creates a highly developed water-air interface. The uniformity of air distribution over the volume of treated water is achieved by the fact that each perforated pipeline of the distribution system is equipped with a water-air ejector installed coaxially with it. Alignment allows you to use another part of the kinetic energy of the jet to create high-speed movement of the water-air mixture along the axis of the perforated pipeline. The high speed of the movement of the water-air mixture in perforated pipelines prevents the separation of the water-air mixture. As a result, approximately the same number of air bubbles are released from all openings of the perforated pipelines. The creation of a highly developed water-air phase interface and its uniform distribution over the volume of the treated water makes it possible to increase the cleaning effect in the case of a high concentration of removed impurities in the source water.

Для стабилизации расхода воды в водовоздушных эжекторах и создания оптимальных условий забора воздуха и его дробления на мелкие пузырьки в конструкции установки предусмотрена приемная емкость, сообщенная с входным патрубком насоса и через обратный клапан - с корпусом установки. Отсутствие возврата чистой воды из напорного трубопровода насоса в его входной патрубок позволяет снизить расход электроэнергии.To stabilize the flow of water in the water-air ejectors and create optimal conditions for air intake and its crushing into small bubbles, the installation design provides a receiving tank, in communication with the pump inlet pipe and through the check valve, with the installation body. The lack of return of clean water from the pressure pipe of the pump to its inlet pipe reduces energy consumption.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, на которых показаны:The essence of the proposed technical solution is illustrated by an example of a specific design and drawings, which show:

на фиг.1 общий вид (схема) флотатора, продольный разрез;figure 1 General view (diagram) of the flotator, a longitudinal section;

на фиг.2 - вид А на фиг.1.figure 2 is a view of figure 1.

Установка для флотационной очистки воды (далее - установка) содержит прямоугольный в плане корпус 1 (фиг.1), внутри которого размещена распределительная система перфорированных трубопроводов 2 для ввода водовоздушной смеси в корпус 1. Устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха состоит из насоса 3 и водовоздушных эжекторов 4 (далее эжекторы 4). Перфорированные трубопроводы 2 (далее трубопроводы 2) распределительной системы сообщены непосредственно с диффузорами эжекторов 4. К каждому эжектору 4 подается воздух по отдельному трубопроводу 5. С внешней стороны корпуса 1 установки находятся механизм 6 для удаления пены с пеносборником 7 и патрубком 8 для удаления пены (фиг.2), приемная емкость 9 для стабилизации расхода поступающей воды в эжекторы 4 (далее - приемная емкость 9) и узел вывода очищенной воды, состоящий из приемного кармана 10, дренажной системы 11, шибера 12, служащего для поддержания постоянного уровня воды в корпусе 1, и патрубка 13, предназначенного для удаления обработанной воды (фиг.1). Плоское днище корпуса 1 выполнено с наклоном в сторону приемного кармана 10. У днища корпуса 1 предусмотрен патрубок 14 для удаления несфлотированных примесей. Приемная емкость 9 сообщена трубопроводом (поз. не обозначен) с насосом 3, а через обратный клапан 15 - с корпусом 1 (фиг.2). В верхней части приемной емкости 9 предусмотрен патрубок 16 для подачи исходной воды.Installation for flotation water treatment (hereinafter referred to as the installation) contains a rectangular housing 1 (Fig. 1), inside of which there is a distribution system of perforated pipelines 2 for introducing a water-air mixture into housing 1. A device for saturating the source water with air bubbles consists of a pump 3 and water-air ejectors 4 (hereinafter ejectors 4). Perforated pipelines 2 (hereinafter pipelines 2) of the distribution system communicate directly with diffusers of ejectors 4. Air is supplied to each ejector 4 through a separate pipe 5. From the outside of the unit casing 1 there is a mechanism 6 for removing foam with a foam collector 7 and a pipe 8 for removing foam ( figure 2), a receiving tank 9 for stabilizing the flow of incoming water into the ejectors 4 (hereinafter referred to as a receiving tank 9) and a purified water outlet assembly consisting of a receiving pocket 10, a drainage system 11, a gate 12, which serves to support anija constant water level in the housing 1, and pipe 13 intended for removal of treated water (Figure 1). The flat bottom of the housing 1 is made with an inclination towards the receiving pocket 10. At the bottom of the housing 1 there is a nozzle 14 for removing non-flotated impurities. The receiving tank 9 is connected by a pipeline (pos. Not indicated) with the pump 3, and through the check valve 15 - with the housing 1 (figure 2). In the upper part of the receiving tank 9 there is a pipe 16 for supplying source water.

Установка работает следующим образом. Исходная вода по патрубку 16 заливается в приемную емкость 9, из которой она забирается насосом 3 и подается в эжекторы 4. Воздух поступает в эжекторы 4 из атмосферы по трубопроводам 5. В камерах смешения эжекторов 4 происходит перемешивание потоков воды и воздуха и дробление воздушных пузырей на мелкие пузырьки с образованием однородной водовоздушной смеси. За счет соосности установки эжекторов 4 и трубопроводов 2 достигается высокая скорость движения струй водовоздушной смеси в каждом трубопроводе 2, препятствующая расслоению смеси и выделению пузырьков в первых, по ходу движения, отверстиях трубопроводов 2. В результате достигается равномерное распределение воздуха по длине трубопроводов 2. Затем водовоздушная смесь через отверстия трубопроводов 2 поступает в корпус 1 установки. Водовоздушная смесь вытекает из отверстий трубопроводов 2 с большой скоростью, что позволяет насытить пузырьками воздуха воду в корпусе 1 установки на значительном расстоянии от трубопроводов 2. Во время движения потока водовоздушной смеси по трубопроводам 2 и после истечения из них в корпусе 1 установки происходит образование флотационных комплексов, состоящих из пузырьков воздуха и закрепившихся на них частиц примесей. Затем флотационные комплексы всплывают, формируя на поверхности воды в корпусе 1 установки слой пены. Механизмом 6 удаления пены она перемещается в пеносборник 7 и самотеком удаляется через патрубок 8. Освобожденный от основной массы пузырьков поток движется вниз к входу в дренажную систему 11 и далее поступает в приемный карман 10, где переливается через шибер 12. Подъемом и опусканием шибера 12 уровень воды в корпусе 1 выводится на требуемую высоту, при которой достигается легкое попадание пены в пеносборник 7, а перелив воды из корпуса 1 установки в пеносборник 7 отсутствует. После перелива через шибер 12 очищенная вода удаляется по трубопроводу (поз. не обозначен), присоединенному к патрубку 13. Другая часть воды с несфлотированными примесями удаляется из дренажной системы 11 через патрубок 14. Для стабилизации расхода поступающей воды в эжекторы 4 и получения необходимого расчетного давления водовоздушной смеси на выходе из диффузора эжекторов 4 в установке предусмотрен обратный клапан 15, который открывается при сокращении поступления исходной воды и падении ее уровня в приемной емкости 9. Под действием сил, обусловленных разностью статических давлений воды на уровне обратного клапана 15 в корпусе 1 установки и приемной емкости 9, в последнюю поступает дополнительный объем воды. В результате в приемной емкости 9 уровень воды поднимается, а ее расход в эжекторах 4 стабилизируется. При постоянном оптимальном расходе воды в эжекторах 4 достигается необходимая для извлечения большого количества примесей величина поверхности раздела фаз "вода-воздух", гарантирующая высокий эффект очистки при высокой концентрации примесей в исходной воде.Installation works as follows. The source water through the pipe 16 is poured into the receiving tank 9, from which it is taken by the pump 3 and fed into the ejectors 4. The air enters the ejectors 4 from the atmosphere through pipelines 5. In the mixing chambers of the ejectors 4, the flow of water and air is mixed and air bubbles are crushed into small bubbles with the formation of a homogeneous water-air mixture. Due to the coaxiality of the installation of the ejectors 4 and pipelines 2, a high speed of movement of the jets of water-air mixture in each pipe 2 is achieved, which prevents separation of the mixture and the formation of bubbles in the first, in the direction of travel, openings of the pipelines 2. As a result, a uniform distribution of air along the length of the pipelines 2. Then water-air mixture through the openings of the pipelines 2 enters the housing 1 of the installation. The air-water mixture flows out of the openings of the pipelines 2 at a high speed, which makes it possible to saturate the water in the housing 1 of the installation with air bubbles at a considerable distance from the pipelines 2. During the flow of the air-air mixture through the pipelines 2 and after flowing out of them in the housing 1 of the installation, flotation complexes consisting of air bubbles and particles of impurities fixed on them. Then flotation complexes float, forming a layer of foam on the water surface in the housing 1 of the installation. By the mechanism of foam removal 6, it moves to the foam collector 7 and gravity is removed through the nozzle 8. The stream freed from the bulk of the bubbles moves down to the entrance to the drainage system 11 and then enters the receiving pocket 10, where it is poured through the gate 12. Raising and lowering the gate 12 level water in the housing 1 is displayed at the required height, at which a slight hit of foam in the foam collector 7 is achieved, and there is no overflow of water from the housing 1 of the installation into the foam collector 7. After overflow through the gate 12, the purified water is removed through a pipe (pos. Not indicated) connected to the nozzle 13. Another part of the water with non-flooded impurities is removed from the drainage system 11 through the nozzle 14. To stabilize the flow of incoming water into the ejectors 4 and obtain the required design pressure the air-water mixture at the outlet of the diffuser of the ejectors 4 in the installation provides a check valve 15, which opens when the flow of source water decreases and its level drops in the receiving tank 9. Under the action of forces caught by the difference of the static water pressures at the level of the check valve 15 in the housing 1 of the installation and the receiving tank 9, the latter receives an additional volume of water. As a result, in the receiving tank 9, the water level rises, and its flow rate in the ejectors 4 is stabilized. With a constant optimal flow rate of water in the ejectors 4, the necessary value for the extraction of a large amount of impurities is the water-air phase interface, which guarantees a high cleaning effect at a high concentration of impurities in the source water.

Claims

Installation for flotation water treatment, comprising a rectangular housing with perforated piping inside the distribution system for introducing the air-water mixture, a purified water outlet with a receiving pocket, a mechanism for removing foam with a foam collector, a device for saturating the source water with air bubbles, consisting of a pump and water-air ejector, characterized in that it is equipped with a receiving tank to stabilize the flow of water entering the air-water ejectors, in communication with the inlet pipe ohm pump and through a check valve - with an installation housing and the device for initial water saturation of air bubbles - the additional number of perforated pipelines vodovozdushnaya ejectors, each of which is mounted coaxially with a corresponding perforated pipeline distribution system.