RU2563486C2 - Способ удаления загрязнений из водных потоков путем впрыскивания кислорода в бассейн флотации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к удалению загрязнений и взвешенных органических веществ из водных потоков впрыскиванием растворенного в воде кислорода в бассейн флотации. Способ впрыскивания кислорода включает введение в участок обрабатываемого водного потока флокулянта или коагулянта (1) с агрегированием взвешенных частиц ниже по течению и образованием увеличенных хлопьев. Агрегированные частицы увеличенного размера и плотности, находящиеся ниже по течению указанного участка водного потока, подвергают стадии растворения и впрыскивания кислорода. Кислород через смесители (3) под давлением направляют от установок (5) концентрирования кислорода к установкам растворения с образованием водно-кислородной смеси, которую впрыскивают в участок (6) водного потока. Агломерированный материал, всплывающий ниже по течению на поверхности и у берегов водного потока, удаляют путем соскабливания с поверхности водного потока. Установки (5) концентрирования кислорода являются установками, использующими перепады давления, которые могут выделять кислород из атмосферного воздуха с помощью молекулярных сит с концентрацией до 95%, или установками, где применяют вакуум к молекулярным ситам. Изобретение позволяет уменьшить объем рециркуляционной воды и повысить эффективность использования водно-кислородной смеси. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Настоящее изобретение касается впрыскивания растворенного в воде кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ из водных потоков, которые были загрязнены или сливом в них неочищенных сбросов, или мусором, занесенным дождем, и/или присутствуют на станциях водоподготовки, и/или очистных сооружениях, с помощью флотационных установок, в которые подают кислород при высоких концентрациях - от 50 до 95%, в зависимости от потребности.

Хорошо известно, что водные потоки в крупных городах очень быстро ухудшаются, что негативно влияет на природную среду вокруг таких городов и распространяется на потоки, находящихся на больших расстояниях ниже по течению от крупных городов. Это явление вызывается образованием, развитием и демографическим ростом, создает и обостряет санитарные проблемы, с которыми гораздо легче справиться в небольших городах путем внедрения единой системы очистки или даже малых коллективных систем обработки. Однако для городов с большим населением решения, предназначенные для единых систем, неприемлемы, поскольку площадей в городских районах и способности санитарных отложений недостаточно для нагрузки, создаваемой жидкими и твердыми отходами.

Чрезмерное санитарное отложение такого мусора и сточных вод непосредственно в потоки не позволяет проявляться так называемому феномену самоочистки, таким образом превращая реки, озера и водохранилища в городах в огромные клоаки.

С целью улучшения санитарных и социально-экономических условий населения, страдающего от этих проблем, заявитель разработал систему, которая путем удаления загрязнений, присутствующих в самих водных потоках, позволила: устранить неприятные явления, связанные с эстетическими чувствами и неприятным запахом, использовать водные ресурсы повторно, создавать и развивать промышленность, использовать городские водные потоки как рекреационные и спортивные зоны, защищать природные водные ресурсы от чрезмерного загрязнения и поддерживать их в полностью полезном состоянии.

Разработанная система не удовлетворяет потребности по сбору, удалению и обработке канализационных стоков, но делает возможным задержание и удаление отходов, сброшенных в потоки в местах обработки, предотвращая таким образом ухудшение водных потоков в регионах, где нет эффективной сточной коллекторной сети.

Система, которую разработал и использует заявитель, состоит из способа удаления загрязнений и/или загрязняющих веществ, присутствующих в водных потоках, согласно патенту PI9702430-9 от 07/11/1997, предусматривающему, что к участку водного потока, который подвергают обработке, применяют флокулянт или коагулянт, создают вдоль указанного водного потока бассейн флокуляции, так чтобы взвешенные частицы могли агрегироваться ниже по течению, образуя увеличенные хлопья. Впрыскивание кислорода заключается в том, что указанные агрегированные частицы с увеличенными размерами и плотностью, расположенные ниже по течению от указанного участка водного потока, подвергают по крайней мере одной стадии растворения и впрыскивания кислорода из установки концентрации, из которой его направляют к установке растворения через смесители под давлением, создавая таким образом водно-кислородную смесь, которую впрыскивают в участки водного потока, заставляя указанные агрегированные частицы всплывать; образуют вдоль указанного участка водного потока бассейн флотации, так что плавающий материал может агломерироваться ниже по течению, причем указанный плавающий агломерированный материал, присутствующий ниже по течению на поверхности и у берегов водного потока, удаляют соскабливанием с поверхности водного потока.

Несмотря на то что этот способ, известный как способ флотации в водном потоке, может быть применен с удовлетворительным эффектом, значительный объем обработанной воды приходится возвращать выше по течению выше точки водного потока, где определен бассейн флотации и где осуществляют впрыск воздуха путем растворения.

Такая циркуляция обработанной воды должна выполняться при большой скорости, что увеличивает себестоимость процесса, а также расходы на оборудование и установки для осуществления такой рециркуляции.

Известно, что эффективность впрыска, при использовании только окружающего воздуха, содержащего около 78% азота и 21% кислорода, зависит от растворимости кислородной фракции, растворимость которой, в свою очередь, в воде в 2,5 раза больше, чем азота.

Итак, одной из целей настоящего изобретения является осуществление впрыскивания чистого кислорода, концентрированного или смешанного с атмосферным воздухом, растворенного в обратной воде, в бассейн флотации в способе удаления загрязнений, а также взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, и/или на станциях водоподготовки, и/или на очистных сооружениях, что, среди прочего, позволяет уменьшить на 70-80% объем рециркуляционной воды выходного водного потока и повысить эффективность водно-кислородной смеси с помощью смесителей как функцию большего растворения кислорода в воде и, следовательно, уменьшить стоимость процесса и оборудования для его осуществления и проведения, снижая в результате расход электроэнергии во всем процессе примерно на 70%.

Другая цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить впрыскивание растворенного в воде кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, которое не требует создания сложной схемы рециркуляции части обработанной воды для бассейна флотации, куда впрыскивают водно-кислородную смесь.

Еще одной целью изобретения является обеспечение впрыскивания кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, с низкими затратами на внедрение, так чтобы обеспечить возможность приспособления способа к любым водным потокам, и/или станциям водоподготовки, и/или очистным сооружениям.

Дальнейшей целью изобретения является обеспечение впрыскивания кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, которое обеспечивало возможность достижения значительно более высокой степени удаления растворенных в воде загрязнений, которые окисляются при массивном присутствии кислорода, превращаются в твердые частицы в форме оксидов и удаляются путем флотации.

Также целью изобретения является обеспечение впрыскивания кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, внедрение которого было бы легким и быстрым и требовало минимальных изменений в местах установки вдоль водного потока, и/или на станциях водоподготовки, и/или очистных сооружениях.

Следующей целью изобретения является осуществление впрыскивания озона в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ в водных потоках, обеспечивающего возможность дезинфекции обработанных стоков путем преобразования кислорода, производимого в процессе, в озон и растворения последнего в воде.

Еще одной целью изобретения является обеспечение впрыскивания кислорода и почти чистого озона в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, обеспечивающего существенное увеличение степени удаления аммиачного азота при массивном присутствии кислорода и, особенно, почти чистого озона, путем его окисления.

Далее, целью изобретения является обеспечение впрыскивания кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, которое обеспечивает значительный рост степени удаления всех других загрязнений, которые влияют на качество воды, и внедрение и/или выпуск стандартов очищенных стоков.

Наконец, целью изобретения является обеспечение впрыскивания кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, позволяющее осуществлять впрыскивание кислорода в любой участок водного потока выше и/или ниже по течению от указанной флотационной установки для того, чтобы окислять загрязнения путем образования частиц оксидов и далее удалять последние после этого, обеспечивая таким образом возможность поддержания приемлемых уровней кислорода, растворенного вдоль водного потока.

Эти и другие цели и преимущества настоящего изобретения достигаются при впрыскивании кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, и/или на станциях водоподготовки, и/или очистных сооружениях, согласно которому: быстро вмешивают флокулянт или коагулянт (1) в участок водного потока, который подвергают очистке; образуют вдоль указанного водного потока бассейн флокуляции так, чтобы взвешенные частицы могли агрегироваться ниже по течению с образованием увеличенных хлопьев. При впрыскивании кислорода агрегированные частицы с увеличенными размерами и плотностью, расположенные ниже по течению указанного участка водного потока, подвергают обработке на по меньшей мере одной стадии растворения и впрыскивания кислорода от установки концентрации, от которой его направляют на установку растворения через смесители под давлением и таким образом образуют водно-кислородную смесь, которую нужно впрыскивать в участки водного потока, вызывают всплытие указанных агрегированных частиц; образуют вдоль указанного водного потока бассейн флотации так, чтобы всплывающий материал мог агрегироваться ниже по течению, причем указанный плавающий и агломерированный материал, появляющийся ниже по течению на поверхности и у берегов водного потока, удаляют соскабливания с поверхности водного потока.

Важность кислорода при очистке загрязненных вод известна в связи с окислением органических и других веществ, поэтому его применение для обработки сточных вод является очень полезным, обеспечивая дополнительное снижение таких важных показателей качества воды, как БПК, азот и фосфор и др.

Однако получение чистого или высококонцентрированного кислорода недавно сопровождалось большими расходами, в отличие от нынешнего состояния, когда новые способы концентрирования кислорода могут значительно сократить эту стоимость.

Надо подчеркнуть, что этот новый способ основан на том, что кислород является одним из главных компонентов атмосферного воздуха. Чтобы осуществлять впрыскивание растворенного в воде кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, и/или на станциях водоподготовки, и/или очистных сооружениях, нужен источник кислорода, которым может быть как кислородные резервуары, так и известные кислородные баллоны или процессы, оснащенные установками концентрации, использующими перепады давления или вакуум.

Получение кислорода в процессах с использованием концентрационных установок, в которых используются перепады давления или вакуума, достигается на установках получения кислорода, которые могут выделять кислород из атмосферного воздуха с помощью молекулярных сит с концентрацией около 95%.

Другим процессом получения кислорода является процесс применения вакуума к молекулярным ситам. Итак, простым впрыскиванием атмосферного воздуха в концентратор, которое сопровождается активацией вакуумного насоса для обеспечения регенерации молекулярных сит и очисткой абсорбированных компонентов, можно получать чистый или высокоочищенный кислород. Хотя этот способ дороже, чем процесс, использующий перепады давления, он жизнеспособен для больших установок.

Следовательно, подачей чистого кислорода, концентрированного или смешанного с атмосферным воздухом, на стадию флотации, которую включает способ удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, обеспечивается высокоэффективный процесс восстановления загрязненной воды, поскольку генератор концентрированного кислорода находится рядом с бассейнами флотации, вдоль водного потока, и/или станциями водоподготовки и/или очистными сооружениями, что позволяет полностью использовать кислород, производимый путем концентрирования.

Далее это изобретение описывается со ссылками на прилагаемые чертежи на примерах без каких-либо ограничений, причем:

Фиг.1 схематично изображает участок водного потока, который подвергают процессу удаления загрязнений без установки впрыскивания кислорода;

Фиг.2 схематично изображает участок водного потока, который подвергают процессу удаления загрязнений в комбинации с по крайней мере одной установкой концентрирования кислорода, которая должна быть взаимосвязана с по меньшей мере одной установкой растворения воздуха/кислорода.

Как видно на фиг.2, впрыскивание кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, и/или на станциях водоподготовки, и/или очистных сооружениях, являющееся объектом этого изобретения, осуществляют в процессе, который проводят следующим образом: вводят флокулянт или коагулянт 1 в участок водного потока, который подвергают очистке; образуют вдоль указанного водного потока бассейн флокуляции так, чтобы взвешенные частицы могли агрегироваться ниже по течению потока, образуя таким образом увеличенные хлопья; указанные коагулированные частицы, частично заблокированные ниже по течению указанного участка водного потока, подают на по меньшей мере одну стадию впрыскивания кислорода от установок 5 концентрирования кислорода, расположенных вблизи бассейнов флотации, вызывая всплытие указанных агломерированных частиц за счет использования полного объема генерируемого концентрированного кислорода; причем указанная агломерация материала, в свою очередь, происходит и концентрируется на ограниченной зоне у берегов водного потока, и/или на станциях водоподготовки, и/или очистных сооружениях, где материал удаляют и направляют в установки сбора и уплотнения плавающего материала.

Для осуществления первой стадии способа применяют флокулянт 1. Удаление взвешенных органических веществ сначала выполняют добавлением коагулянтов 1, которые могут способствовать коагуляции в воде. Такие соединения обеспечивают агломерирование взвешенных частиц через определенное время с образованием хлопьев с большими размерам и плотностью, которые определяют бассейн флокуляции ниже по течению водного потока.

После стадии флокуляции, путем установления установки 5 концентрирования чистого кислорода, концентрированного кислорода или смеси кислорода с атмосферным воздухом кислород подают на растворение в обработанной воде и впускают в водный поток, что делает возможным впрыскивание кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, в котором агрегированные с высокой эффективностью частицы плавают и выносятся на поверхность.

Предложенный здесь способ в основном базируется на установке 2 для перекачивания и циркуляции обработанной воды; смесителях 3 воды с кислородом; воздушных компрессорах 4; установке концентрации кислорода 5, которая включает молекулярные сита, аппараты изменения давления или вакуумные насосы, в зависимости от используемой системы генерирования кислорода.

Расход потока воды, в который впрыскивают кислород, составляет 20-30% первоначального потока на рециркуляцию, причем растворение атмосферного воздуха необходимо для растворения и насыщения кислородом обработанной воды из водного потока, и/или из станций водоподготовки, и/или очистных сооружений. Следовательно, оборудование подбирают по параметрам так, чтобы обеспечить потребности процесса, благодаря чему существенно сокращается объем рециркулированой воды, а следовательно, капитальные и эксплуатационные расходы.

Для подачи в систему необходимого объема воды нужно использовать оборудование, оснащенное всасывающими и перекачивающими насосами с достаточным выходным потоком, чтобы обеспечивать оптимальную дозировку кислородной смеси, так чтобы этот раствор был намного меньше и дешевле, чем раствор, содержащий смесь, содержащую атмосферный воздуха, которая до сих пор применяется для впрыскивания микропузырьков на флотации.

Водно-кислородную смесь 3 направляют к трубе, содержащей распылители и установленной в поперечном направлении по всему дну канала, благодаря чему растворенный кислород выходит и равномерно распределяется в водном потоке, и/или в станциях водоподготовки, и/или очистных сооружениях. Эта смесь состоит из микропузырьков кислорода, которые прилипают к агрегированным частицам, усиливают их тягу, делая возможным процесс флотации так, что перенос кислорода к обрабатываемой воде становится максимальным.

Надо подчеркнуть, что можно получать озон путем преобразования кислорода, полученного в процессе на установке 5 концентрирования кислорода, причем этот озон впрыскивают отдельно или в сочетании с кислородом в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках, чтобы также осуществлять дезинфекцию обрабатываемых стоков и обеспечить существенное увеличение удаления аммиачного азота путем его окисления.

После этой фазы имеет место удержание материала, всплывающего в канале, с помощью плавающего ограждения, установленного на заранее определенном расстоянии от места, где начинается процесс, благодаря чему весь плавающий ил выходит на поверхность при попадании в эту ограду, а следовательно, становится возможным перехват всего плавающего материала.

Этот способ удаления загрязнений из водных потоков путем флотации с кислородом позволяет достичь отличных результатов при первичной очистке воды, а также при эксплуатации водных потоков, особенно тех, которые получают остаточные и нелегальные сточные воды, а также обеспечивает удивительный эффект при периодической и предупредительной очистке водных потоков, которые уже подвергались первичной очистке от загрязнений, вселяя новую жизнь в водные потоки, которые подвергаются серьезному воздействию больших городов, благодаря существенному повышению уровня растворенного кислорода в воде, обработанной вышеописанным способом.

Claims (11)

1. Способ впрыскивания кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ из водных потоков, и/или на станциях водоподготовки, и/или очистных сооружениях, согласно которому в участок обрабатываемого водного потока вмешивают флокулянт или коагулянт (1), образуют вдоль указанного водного потока бассейн флокуляции так, чтобы взвешенные частицы могли агрегироваться ниже по течению, образуя таким образом увеличенные хлопья, отличающийся тем, что указанные агрегированные частицы увеличенного размера и плотности, находящиеся ниже по течению указанного участка водного потока, подвергают, по крайней мере, одной стадии растворения и впрыскивания кислорода, на которой кислород через смесители (3) под давлением направляют от установок (5) концентрирования кислорода к установкам растворения, образуя водно-кислородную смесь, которую впрыскивают в участок (6) водного потока, чтобы заставить указанные агрегированные частицы всплывать с образованием бассейна флотации вдоль указанного участка водного потока таким образом, чтобы всплывающий материал мог агломерироваться ниже по течению, причем агломерированный материал, всплывающий ниже по течению на поверхности и у берегов водного потока, удаляют путем соскабливания с поверхности водного потока, а установки (5) концентрирования кислорода являются установками, использующими перепады давления, которые могут выделять кислород из атмосферного воздуха с помощью молекулярных сит с концентрацией до 95%, или установками, где применяют вакуум к молекулярным ситам, чтобы получать чистый или высокоочищенный кислород.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну стадию впрыскивания кислорода от установок генерации кислорода (5), расположенных вблизи бассейнов флотации, которая вызывает всплытие указанных агрегированных частиц с использованием всего объема генерируемого кислорода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют как минимум одну установку (5) концентрирования чистого кислорода, концентрированного кислорода или смеси кислорода с атмосферным воздухом, далее подают на растворение в восстановленной воде, а потом выпускают в водный поток, что делает возможным впрыскивание кислорода в бассейн флотации в способе удаления загрязнений в водных потоках, причем агрегированные частицы всплывают и выносятся на поверхность.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что впрыскивание кислорода, главным образом, осуществляют с использованием установок (2) перекачивания и циркуляции обработанной воды; смесителей (3) воды с кислородом; воздушных компрессоров (4); установки концентрирования кислорода (5), которая включает молекулярные сита, аппараты изменения давления или вакуумные насосы, в зависимости от используемой системы генерации кислорода.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что расход водного потока, в который необходимо впрыскивать кислород, составляет 20-30% расхода начального потока рециркуляции с атмосферным воздухом, используемым для окисления и насыщения водного потока.

6. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что после концентрирования кислорода производят озон путем преобразования кислорода, генерируемого в способе, причем полученный озон впрыскивают в чистом виде или в комбинации с кислородом в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что после концентрирования кислорода производят озон путем преобразования кислорода, генерируемого в способе, причем полученный озон впрыскивают в чистом виде или в комбинации с кислородом в бассейн флотации в способе удаления загрязнений и взвешенных органических веществ, присутствующих в водных потоках.

8. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что водно-кислородную смесь направляют в трубу, содержащую распылители и установленную поперек всего дна канала, благодаря чему растворенный кислород выходит и равномерно распределяется, причем эта смесь состоит из микропузырьков кислорода, которые прилипают к агрегированным частицам.

9. Способ по п. 5, отличающийся тем, что водно-кислородную смесь направляют в трубу, содержащую распылители и установленную поперек всего дна канала, благодаря чему растворенный кислород выходит и равномерно распределяется, причем эта смесь состоит из микропузырьков кислорода, которые прилипают к агрегированным частицам.

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что водно-кислородную смесь направляют в трубу, содержащую распылители и установленную поперек всего дна канала, благодаря чему растворенный кислород выходит и равномерно распределяется, причем эта смесь состоит из микропузырьков кислорода, которые прилипают к агрегированным частицам.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что водно-кислородную смесь направляют в трубу, содержащую распылители и установленную поперек всего дна канала, благодаря чему растворенный кислород выходит и равномерно распределяется, причем эта смесь состоит из микропузырьков кислорода, которые прилипают к агрегированным частицам.

Images