RU2323160C2 - Установка для обработки воды флотацией - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к установке для обработки воды флотацией, включающая в себя устройство флотации, состоящее из флотационной камеры, в которую вводят флокулированную неочищенную воду, смешанную с микропузырьками, производимыми узлом повышения и сброса давления, модули захвата, расположенные во флотационной камере, оборудованной перфорированным сборным устройством. Перфорации перфорированного сборного устройства в конечной точке камеры имеют меньшие размеры, чем в ее начальной точке. Такая конструкция реализует асимметрию на уровне сборного устройства, которая обеспечивает одинаковый и однородный поток на всей поверхности флотационной камеры. Модули захвата расположены во флотационной камере таким образом, чтобы их нижняя часть находилась на некотором расстоянии (h) от перфорированного сборного устройства, причем указанное расстояние (h) составляет от 0,05 до 1 м, предпочтительно от 0,15 до 0,6 метра. Расстояние (h) выбирают с возможностью исключения нарушения однородности распределения обрабатываемой воды, установленной перфорированным сборным устройством. Расстояние (h) является функцией, в частности, геометрии флотатора, скорости протока и температуры обрабатываемой воды. Технический результат: усовершенствование установки для решения проблемы, связанной с обработкой воды при высокой скорости и/или при очень низкой температуре. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Description

Настоящее изобретение относится к установке для обработки воды, содержащей флотационную камеру, в которую поступает неочищенная вода, предварительно флокулированная, а затем смешанная с напорной водой и дросселированная, в результате чего взвешенные вещества, содержащиеся в неочищенной воде, захватываются микропузырьками, образованными в результате указанного сброса давления, и удаляются к поверхности жидкости, содержащейся в камере, причем обработанную воду отводят через дно указанной камеры.

Известна установка указанного выше типа (ЕР-А-0659690), которая включает в себя зону флокуляции, зону смешения, в восходящем потоке, неочищенной флокулированной воды с напорной водой, подаваемой узлом повышения и сброса давления, и зону флотации, в верхнюю часть которой выводятся взвешенные вещества, содержащиеся в неочищенной воде, и подводятся к поверхности микропузырьками, причем эта зона флотации снабжена в своей нижней части перфорированным сборным устройством (например, промежуточной перегородкой с патрубками или без патрубков, коллекторов и т.д.), чтобы вся поверхность зоны флотации имела одинаковый и однородный вытекающий поток осветленной жидкости.

В указанной известной установке перфорации, предусмотренные в сборном устройстве, имеют меньшие размеры в конечной точке зоны флотации (то есть на крае, через который осуществляется выход осветленной жидкости), чем в начальной точке (через которую вводится неочищенная вода для обработки), а разделяющие интервалы перфораций возрастают от начальной точки к конечной точке. Благодаря такому неоднородному распределению перфораций, которое образует асимметрию на уровне сборного устройства, сопротивление потоку, производимое этим сборным устройством зоны флотации, оказывается больше у конечного края этой зоны, чем у ее начального края, и сопротивление потоку уменьшается к начальному краю указанной зоны. Таким образом, через всю поверхность зоны флотации проходит одинаковый и однородный поток обрабатываемой воды.

Отличительным признаком установки этого типа является образование толстого слоя микропузырьков, благодаря которому флокуляция осуществляется в две стадии, сначала в зоне флокуляции, а затем в зоне флотации внутри слоя микропузырьков, благодаря большому числу контактов, образуемых микропузырьками, которые обеспечивают, помимо прочего, разделение взвешенных частиц путем флотации. Также имеет место турбулентная флокуляция, в результате которой слой пузырьков позволяет i) повысить скорость обработки и ii) улучшить флокуляцию и улавливание флокулированных частиц.

В вышеуказанных установках согласно предшествующему уровню техники, в случае повышенной скорости обработки или когда неочищенная обрабатываемая вода имеет низкую температуру, использование флотационной камеры согласно патенту ЕР-А-0659690 приводит к захвату пузырьков в обработанную воду. При очень большой скорости наличие этих пузырьков способствует усилению мутности на выходе из флотационной камеры. К этому недостатку добавляется недостаток, возникающий в результате присутствия большого количества пузырьков на выходе из флотационной камеры, что может повлечь за собой снижение выхода у фильтра, расположенного ниже (например, песчаного/антрацитового), когда установка предназначена для производства питьевой воды.

Настоящее изобретение имеет задачей усовершенствовать упомянутые выше установки для обработки воды флотацией согласно предшествующему уровню техники, чтобы решить проблемы, связанные с обработкой воды при высокой скорости и/или при очень низкой температуре.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка установки для обработки воды флотацией, содержащей устройство флотации, состоящее из флотационной камеры, в которую вводят неочищенную флокулированную воду, смешанную с микропузырьками, производимыми узлом повышения и сброса давления, причем указанная камера оборудована перфорированным сборным устройством, сконструированным таким образом, чтобы через поверхность флотационной камеры проходил одинаковый и однородный поток обрабатываемой воды, причем установка отличается тем, что она включает в себя модули захвата типа тонкослойного модуля или распределительного модуля, с параллельными или поперечными гидравлическими потоками, расположенные во флотационной камере таким образом, что их нижняя часть находится на некотором расстоянии от перфорированного сборного устройства, причем это расстояние выбирают с возможностью избежать нарушение однородности распределения, установленного указанным сборным устройством.

Согласно изобретению расстояние, отделяющее поверхность сборного устройства от нижней части модулей захвата, является функцией, в частности, геометрии флотатора, скорости протока и температуры обрабатываемой неочищенной воды.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения это расстояние составляет от 0,05 до 1 м, предпочтительно от 0,15 до 0,60 м.

Установки флотации, содержащие тонкослойные модули, известны. В частности, в патенте WO 97/20775 описан флотационный аппарат, содержащий горизонтальную перегородку, на которой расположены тонкослойные модули для увеличения скорости во флотационной камере. В этой технологии из предшествующего уровня необходимо иметь однородное распределение отверстий, предусмотренных в перегородке и, кроме этого, тонкослойные модули жестко соединены с этой перегородкой. Кроме того, в патенте WO 00/43320 приведено описание сходной конструкции, где перегородка флотационной камеры, которая является неподвижной или выполнена с возможностью вращения, жестко соединена с тонкослойными модулями. Как было указано выше со ссылкой на патент EP-A-0659690, во флотационной камере применяют также сборное устройство, перфорации которого выполнены и расположены таким образом, чтобы обеспечить асимметрию на уровне этого сборного устройства, позволяющую получить однородный и равномерный поток обрабатываемой воды на всей поверхности флотационной камеры. Патентовладелец совершенно неожиданным для специалиста образом установил, что этот одинаковый и однородный поток на всей поверхности флотационной камеры не нарушается из-за наличия модулей захвата при условии, что эти последние размещены на определенном расстоянии от перфорированного сборного устройства.

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания, приведенного со ссылками на приложенные фигуры чертежей, которые иллюстрируют примеры осуществления, не имеющие ограничительного характера.

Фиг.1 изображает вертикальный продольный разрез флотационного устройства согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения, снабженного тонкослойными модулями с параллельными потоками.

Фиг.2 - вид в плане фиг.1, на котором показана только половина поверхности, покрытая модулями.

Фиг.3 - вид, аналогичный фиг.1, иллюстрирующий другой пример осуществления изобретения, применяющий переходные отсеки с пересекающимися потоками, и

фиг.4 - схематический вид, иллюстрирующий принцип действия переходного отсека с пересекающимися потоками, применяющегося в способе осуществления, показанном на фиг.3.

Обратимся сначала к фиг.1 и 2, на которых показана флотационная камера согласно патенту EP-A-0659690, усовершенствованная согласно настоящему изобретению.

Эта флотационная камера, обозначенная как целое ссылкой 10, принимает неочищенную воду, смешанную с напорной водой, подаваемой узлом повышения и сброса давления, обозначенным цифровой позицией 11. Взвешенные вещества, содержащиеся в неочищенной воде и подведенные на поверхность микропузырьками, производимыми узлом 11 повышения и сброса давления, выводятся в верхнюю часть камеры 10 по желобу 12. В своей нижней части камера содержит систему приема обработанной воды, которая состоит из сборного устройства 13, снабженного перфорированием. Как упоминалось выше, эти перфорации в конечной точке камеры 10 имеют меньшие размеры, чем в ее начальной точке, а разделяющие интервалы перфораций возрастают от начальной точки к конечной точке, причем эта конструкция реализует асимметрию на уровне сборного устройства 13, которая обеспечивает одинаковый и однородный поток на всей поверхности флотационной камеры.

Согласно настоящему изобретению камера оборудована средствами захвата, которые размещены выше перфорированного сборного устройства 13, и нижняя часть которых расположена на некотором расстоянии от этого устройства, причем это расстояние определено таким образом, чтобы избежать какого-либо нарушения однородности распределения обрабатываемой воды, установленного перфорированным сборным устройством.

В примере осуществления, показанном на фиг.1 и 2, эти средства захвата выполнены в виде хорошо известных специалистам в данной области техники модулей захвата 14 из пластин или параллельных трубок. Например, эти модули могут быть модулями типа, описанного в патенте WO 97/20775, и иметь трубчатый, гексагональный или другой профиль, и ориентацию, например, под углом 60° к горизонтали. Эти модули захвата направляют обрабатываемый поток в требуемом направлении.

На фиг.2 показана только половина поверхности, покрытой модулями 14.

Расстояние h, отделяющее поверхность сборного устройства 13 от нижней части модулей захвата 14, является функцией, в частности, геометрии флотатора, скорости протока и температуры обрабатываемой воды. В качестве примера можно указать, что это расстояние может составлять от 0,05 до 1 м, предпочтительно от 0,15 до 0,60 м.

Высота h (или толщина) модулей 14 выбирается в зависимости от скорости работы и площади проекции модулей захвата. Эта высота может меняться от 0,10 до 1 м, предпочтительно от 0,2 до 0,70 м. Чтобы получить правильную перегородку, учитывая применение и планируемые скорости (порядка от 20 до 60 м/ч), площадь проекции модулями (то есть активная поверхность зоны захвата, называемая еще зоной разделения/аккумулирования), составляет от 2 до 20 м² на м² площади флотатора, оборудованной модулями.

В способе осуществления, показанном на фиг.3 и 4, средства захвата выполнены в виде модулей распределения 15, причем их конструкция в то же время соответствует конструкции, показанной на фиг.1 и 2. Такие модули распределения, обычно с непрямолинейными потоками, схематически показаны на фиг.4. Можно применять, в частности, модули Brentwood CF или Munters FB 10, обычно применяемые для улучшения перехода газ-жидкость, разделения масло/вода и т.д. Как видно из фиг.4, они позволяют комбинировать два направления циркуляции обрабатываемой воды, что усиливает турбулентность в модулях и способствует коалесценции микропузырьков.

Ниже приведены сравнительные примеры применения, позволяющие выделить преимущества и технические эффекты, вносимые настоящим изобретением по сравнению с предшествующим уровнем техники.

Пример 1.

Проводят испытания на устройстве для обработки неочищенной воды согласно EP-A-0659690. Эти испытания проводили при очень высокой скорости (40 м³/м²/ч) в холодной воде, то есть при температуре от 0,1 до 1,0°C.

В этих испытаниях установлен существенный захват пузырьков воздуха через сборное устройство флотационной камеры, что, разумеется, нежелательно. Количество воздуха, захваченного с обрабатываемой водой, представляет проблему на уровне позднейшей фильтрации этой воды через песчаный/антрацитовый фильтр.

Длительность непрерывной работы фильтрации был существенно снижен из-за повышенного количества пузырьков воздуха, вызывающих закупорку газами фильтрующей среды, что имеет следствием увеличение потери напора в фильтре и снижение его рабочих характеристик.

Присутствие пузырьков воздуха в обработанной воде во флотационной камере при очень высокой скорости также имеет вторичным эффектом захват твердых взвешенных частиц, что увеличивает мутность обработанной воды. Это ухудшение рабочих характеристик установки также нежелательно, так как усиление мутности может повлечь также снижение цикла фильтрации на последующем фильтре.

При применении этой известной установки получены характеристики, приведенные в нижеследующей таблице.

Скорость флотации, м3/ч/м2	Температура воды, (°C)	Мутность на выходе камеры, NTU	Скорость фильтрации, м/ч	Продолжительность фильтрации, ч
40	0,2	2,5	10	12

Результаты этих испытаний подтверждают, что эта известная установка не пригодна для обработки воды в описанных выше условиях.

Пример 2

На воде с идентичными характеристиками проводят другое испытание с той же установкой согласно патенту EP-A-0659690, оборудованной тонкослойными модулями, состоящими из параллельных тарелок (имеющих высоту 30 см и наклоненных под углом 60° к горизонтали), встроенных в сборное устройство флотационной камеры. Эти испытания дали низкие результаты, что выражается в заметном увеличении мутности воды и плотности пузырьков воздуха на выходе из флотационной камеры. По результатам испытаний сделан вывод о том, что наличие перфорированного сборного устройства с несимметричным распределением отверстий для выхода воды не было совместимо с применением тонкослойных модулей декантации, нижняя поверхность которых установлена непосредственно на поверхности этого сборного устройства. Такое расположение не позволяет получить одинаковый и однородный поток на всей поверхности флотационной ванны, а эта характеристика является главной для получения эффективной флотации при высокой скорости. Эти испытания выявили заметное ухудшение качества воды.

В приведенной ниже таблица суммированы результаты, полученные при использовании этой установки.

Скорость флотации, м3/ч/м2	Температура воды, (°C)	Мутность на выходе камеры, NTU	Скорость фильтрации, м/ч	Продолжительность фильтрации, ч
40	0,3	4,5	10	6

Результаты этого испытания подтверждают, что эта конструкция установки не работоспособна.

Пример 3 (по изобретению).

Испытания проводили снова в тех же условиях обработки и с теми же характеристиками воды, с помощью установки, описанной в примере 2, единственное внесенное изменение состояло в размещении нижней части тонкослойных модулей на 30 см выше сборного устройства, в соответствии с фиг.1 и 2. Испытания позволили получить результаты, намного превышающие ожидаемые. На выходе тонкослойных модулей концентрация пузырьков воздуха в воде была значительно снижена благодаря захвату и коалесценции этих пузырьков на пластинах. Кроме этого, определенное количество взвешенного вещества было захвачено пластинами и коалесцированными пузырьками.

Таким образом, получено как уменьшение мутности, так и уменьшение количества захваченного воздуха. Результаты, полученные в этих испытаниях, суммированы в приведенной ниже таблице.

Скорость флотации, м3/ч/м2	Температура воды, (°C)	Мутность на выходе камеры, NTU	Скорость фильтрации, м/ч	Продолжительность фильтрации, ч
40	0,2	1,0	10	18

Следует отметить, что мутность обрабатываемой воды составляет 1 NTU, по сравнению со значениями 2,5 и 4 NTU, полученными в примерах 1 и 2; также продолжительность фильтрации (до забивки нижнего фильтра) составляет 18 ч, вместо 12 и 6 ч в примерах 1 и 2.

Пример 4 (по изобретению).

Испытания проводились с помощью установки, описанной выше со ссылками на фиг.3 и 4, то есть на установке, в которой флотационная камера оборудована переходными отсеками, нижняя часть которых расположена на 30 см выше уровня перфорированного сборного устройства. Эти испытания дали превосходные результаты: было установлено очень существенное уменьшение количества воздуха, увлеченного в обработанную воду, что заметно улучшает рабочие характеристики установки. В нижеприведенной таблице приведены результаты, полученные в этих испытаниях.

Скорость флотации, м3/ч/м2	Температура воды, (°C)	Мутность на выходе камеры, NTU	Скорость фильтрации, м/ч	Продолжительность фильтрации, ч
40	0,4	0,4	10	32

Анализ таблиц, соответствующих примерам 3 и 4, подтверждает превосходство результатов, полученных при применении изобретения, по сравнению с установками согласно предшествующему уровню техники (примеры 1 и 2). Следует также отметить, что в рамках испытаний примера 4 удалось достичь скоростей обработки порядка 60 м³/ч/м² без ухудшения уровня мутности обработанной воды на выходе из флотационной камеры и обеспечить удовлетворительную работу песчаного/антрацитового фильтра, расположенного за флотационной камерой.

Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается описанными и/или показанными примерами осуществления, но охватывает все возможные варианты.

Claims (5)

1. Установка для обработки воды флотацией, содержащая флотационное устройство, состоящее из флотационной камеры (10), в которую вводится неочищенная флокулированная вода, смешанная с микропузырьками, производимыми узлом (11) повышения и сброса давления, модули захвата (14, 15), расположенные во флотационной камере, оборудованной перфорированным сборным устройством (13), отличающаяся тем, что перфорации перфорированного сборного устройства (13) в конечной точке камеры (10) имеют меньшие размеры, чем в ее начальной точке, причем такая конструкция реализует асимметрию на уровне сборного устройства (13), которая обеспечивает одинаковый и однородный поток на всей поверхности флотационной камеры, при этом модули захвата (14, 15) расположены во флотационной камере таким образом, чтобы их нижняя часть находилась на некотором расстоянии (h) от перфорированного сборного устройства (13), причем указанное расстояние (h) составляет от 0,05 до 1 м, предпочтительно от 0,15 до 0,6 м, причем расстояние (h) выбирают с возможностью исключения нарушения однородности распределения обрабатываемой воды, установленного перфорированным сборным устройством, и расстояние (h), является функцией, в частности, геометрии флотатора, скорости протока и температуры обрабатываемой воды.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что высота или толщина (Е) модулей захвата (14, 15) определяется в зависимости от скорости работы и поверхности, проецируемой указанными модулями захвата.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что указанная высота или толщина (Е) составляет от 0,10 до 1 м, предпочтительно от 0,2 до 0,70 м.

4. Установка по одному из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что поверхность, проецируемая модулями захвата, то есть активная поверхность зоны разделения/аккумулирования, составляет от 2 до 20 м² на м² площади флотатора, оборудованной модулями.

5. Установка по одному из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что модули захвата являются модулями тонкослойного типа, в частности, параллельными тарелками (14) с трубчатым или гексагональным профилем, с прямыми или пересекающимися потоками.

Images