RU2788624C2

RU2788624C2 - Device and method for obtainment of gas bubbles in liquid

Info

Publication number: RU2788624C2
Application number: RU2020124646A
Authority: RU
Inventors: Матан БИРИ; Йоанна ШУЛЬЦ; Грегор ТИЧЕК; Торстен ГАБРИС
Original assignee: Штеффен Хартманн Ресайклингтехнологиен Гмбх
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2023-01-23

Abstract

FIELD: water purification.

SUBSTANCE: group of inventions relates to a device and a method for obtainment of gas bubbles in liquid; it can be used in the field of water purification. The device contains at least one rotating gas-permeable hollow shaft located in at least one container. On the hollow shaft, in a sealed contact with each other, aeration discs and separators are alternately located. The device also contains at least one supplying pipeline for at least one compressed gas. At the same time, each of separators contains at least one centered hole for accommodation of the hollow shaft and at least two chambers. In this case, at least two chambers are located around the centered hole and equidistant from it. At the same time, the centered hole and at least two chambers at least partially coincide, and they are in open communication with each other in the area of coincidence, so that compressed gas from the hollow shaft can be supplied, respectively, to at least one of separator chambers and can be supplied from at least one separator chamber to aeration discs.

EFFECT: provision of uniform formation of bubbles in liquid.

16 cl, 9 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к устройству для получения газовых пузырьков в жидкости, способу получения газовых пузырьков в жидкости путем применения такого устройства, установке для очищения воды, содержащей подобное устройство, а также к способу очищения воды путем применения такой установки.The present invention relates to a device for producing gas bubbles in a liquid, a method for producing gas bubbles in a liquid by using such a device, a water purification plant containing such a device, and a method for purifying water by using such a plant.

ОписаниеDescription

Газовые пузырьки в жидкостях являются необходимыми для ряда различных применений, как, например, для растворения газа в жидкости. Область применения газовых пузырьков в жидкостях, представляющая все больший интерес и получающая все большее значение, представляет очищение воды и других жидкостей в рамках так называемого флотационного способа.Gas bubbles in liquids are essential for a number of different applications, such as dissolving a gas in a liquid. An area of increasing interest and importance for gas bubbles in liquids is the purification of water and other liquids in the so-called flotation process.

Флотация является способом разделения твердо-жидкофазных или жидко-жидкофазных систем с применением гравитационного осаждения. В этом случае получают газовые пузырьки, например, из воздуха и вводят в жидкую фазу, при этом находящиеся в жидкой фазе гидрофобные частицы, как, например, органические вещества или биологические отходы, осаждаются на этих также гидрофобных пузырьках и поднимаются на поверхность благодаря выталкивающей силе, обусловленной газовыми пузырьками. На поверхности жидкой фазы эти агломераты собираются в слой шлама, который механически легко отделяется.Flotation is a method for separating solid-liquid or liquid-liquid systems using gravity settling. In this case, gas bubbles are obtained, for example from air, and introduced into the liquid phase, while the hydrophobic particles present in the liquid phase, such as, for example, organic substances or biological waste, are deposited on these also hydrophobic bubbles and rise to the surface due to the buoyancy force, caused by gas bubbles. On the surface of the liquid phase, these agglomerates are collected in a layer of sludge, which is mechanically easily separated.

При этом, чем выше удельная поверхность поднимающихся газов, на которую могут осаждаться гидрофобные частицы из воды, которая подлежит очищению, тем сильнее проявляется флотационный эффект. Соответственно, является желательным образование мельчайших пузырьков с диаметром от 10 до 100 мкм в виде скопления пузырьков (также называемого «белая вода»).In this case, the higher the specific surface of the rising gases, on which hydrophobic particles can be deposited from the water to be purified, the stronger the flotation effect is manifested. Accordingly, it is desirable to form tiny bubbles with a diameter of 10 to 100 μm in the form of a cluster of bubbles (also called "white water").

Возможность введения газа в виде мельчайших пузырьков в жидкость, которая подлежит очищению, обеспечивается благодаря известному способу DAF (пневматической флотации, dissolved air flotation). В то же время газ, находящийся в жидкости при повышенном давлении в растворенном виде, вводится в жидкость, которая подлежит очищению, и из-за падения давления в жидкости, которая подлежит очищению, газ выделяется в виде мельчайших пузырьков, которые имеют диаметр в микронном диапазоне. Способ DAF обеспечивает очень хорошее осаждение микроводорослей, других микроорганизмов, масел, коллоидов, а также других органических и неорганических частиц из воды, загрязненной в значительной степени, однако требует относительно высокого расхода энергии из-за ввода воздуха в жидкость посредством насыщающей колонки, связанной с высоким расходом энергии. При высоких температурах (выше 30°C) и содержании соли (выше 30000 мг/кг) способ функционирует все менее эффективно или даже не функционирует вообще.The possibility of introducing gas in the form of tiny bubbles into the liquid to be purified is provided by the well-known DAF method (pneumatic flotation, dissolved air flotation). At the same time, the gas dissolved in the liquid at elevated pressure is introduced into the liquid to be purified, and due to the pressure drop in the liquid to be purified, the gas is released in the form of tiny bubbles that have a diameter in the micron range. . The DAF process provides very good sedimentation of microalgae, other micro-organisms, oils, colloids, and other organic and inorganic particles from heavily contaminated water, but requires a relatively high energy consumption due to the introduction of air into the liquid through a saturating column associated with high energy consumption. At high temperatures (above 30°C) and salt content (above 30,000 mg/kg), the process functions less and less efficiently or even does not function at all.

Дополнительная возможность ввода мельчайших газовых пузырьков в жидкость с избеганием высокого расхода энергии, который наблюдается в рамках способа DAF, описана, в частности, в WO 2013/167358 A1, где подача газа осуществляется посредством прямого впуска газа с помощью аэрационной мембраны в жидкость, которая подлежит очищению. В этом случае исключаются рециркулируемый поток, который, напротив, является привычным для способа DAF, и насыщающая колонка, так как газ, например, может быть удален непосредственно из трубопровода сжатого воздуха или газового баллона.An additional possibility of introducing minute gas bubbles into the liquid, while avoiding the high energy consumption that is observed in the DAF method, is described in particular in WO 2013/167358 A1, where the gas supply is carried out by direct gas inlet by means of an aeration membrane into the liquid to be cleansing. In this case, a recirculation stream, which, on the contrary, is customary for the DAF process, and a saturating column are excluded, since the gas, for example, can be removed directly from the compressed air line or gas cylinder.

В WO 2016/180853 описывается устройство для получения газовых пузырьков в жидкости, в частности микропузырьков, которое обеспечивает получение пузырьков посредством подходящих аэрационных дисков. Сжатый газ вводится в данном случае в горизонтально расположенный вращающийся полый вал (из внутреннего, меньшего и внешнего, большего полого вала) и посредством аэрационных дисков, которые состоят, например, из керамической мембраны с газовым каналом, направляется в жидкость. Благодаря применению двух полых валов, один из которых находится в другом, обеспечивается равномерное и симметричное распределение давления внутри большего полого вала. Благодаря этому диски симметрично снабжаются газом, и достигается равномерное образование пузырьков в среде, в которую необходимо подавать газ. При этом недостатком, однако, является затратная конструкция из внутреннего и внешнего полого вала и заданное необходимое расположение аэрационных дисков над отверстием для подачи газа во внешнем полом валу, чтобы обеспечить эффективную подачу газа в аэрационный диск.WO 2016/180853 describes a device for producing gas bubbles in a liquid, in particular microbubbles, which produces bubbles by means of suitable aeration discs. In this case, the compressed gas is introduced into a horizontally located rotating hollow shaft (from an inner, smaller and outer, larger hollow shaft) and is directed into the liquid by means of aeration discs, which consist, for example, of a ceramic membrane with a gas channel. By using two hollow shafts, one inside the other, a uniform and symmetrical distribution of pressure is ensured within the larger hollow shaft. As a result, the discs are symmetrically supplied with gas and uniform bubble formation is achieved in the medium to which the gas is to be supplied. However, the drawback is the costly construction of an inner and outer hollow shaft and the predetermined positioning of the aeration discs above the gas supply opening in the outer hollow shaft in order to ensure efficient gas supply to the aeration disc.

Таким образом, задача следующего изобретения состоит в том, чтобы предоставить устройство для получения газовых пузырьков в жидкости, изготовление которого является экономически выгодным и которое обеспечивает экономически выгодное, полезное и долгосрочное применение в промышленных масштабах, в частности в рамках очищения загрязненной или соленой воды.Thus, the object of the following invention is to provide a device for producing gas bubbles in a liquid, the production of which is economically advantageous and which provides an economically advantageous, useful and long-term application on an industrial scale, in particular in the purification of polluted or salty water.

Данная задача решается посредством устройства с признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения.This problem is solved by means of a device with the features specified in paragraph 1 of the claims.

Соответственно, предоставляется устройство для получения газовых пузырьков в жидкости в контейнере, при этом устройство содержит следующие элементы:Accordingly, an apparatus is provided for producing gas bubbles in a liquid in a container, the apparatus comprising the following:

- по меньшей мере один вращающийся газопроницаемый полый вал, расположенный в по меньшей мере одном контейнере,- at least one rotating gas-permeable hollow shaft located in at least one container,

- аэрационные диски, расположенные на по меньшей мере одном полом валу, и разделители, расположенные между аэрационными дисками, при этом аэрационные диски и разделители расположены поочередно на полом валу в герметичном контакте друг с другом,- aeration discs located on at least one hollow shaft, and separators located between the aeration discs, while the aeration discs and separators are located alternately on the hollow shaft in tight contact with each other,

- по меньшей мере один подводящий трубопровод для по меньшей мере сжатого газа, проходящий во внутреннее пространство по меньшей мере одного вращающегося полого вала.- at least one inlet pipeline for at least compressed gas, passing into the interior of at least one rotating hollow shaft.

В соответствии с настоящим изобретением каждый из разделителей содержит по меньшей мере одно центрированное отверстие (O) для вмещения полого вала и по меньшей мере две камеры (K1, K2), при этом по меньшей мере две камеры (K1, K2) расположены вокруг центрированного отверстия (O) и равноудаленно от него.In accordance with the present invention, each of the separators contains at least one centered hole (O) to accommodate the hollow shaft and at least two chambers (K1, K2), while at least two chambers (K1, K2) are located around the centered hole (O) and equidistant from it.

В соответствии с настоящим изобретением радиусы центрированного отверстия (O) и радиусы по меньшей мере двух камер (K1, K2) совпадают или перекрываются, так что центрированное отверстие (O) и по меньшей мере две камеры (K1, K2) находятся по меньшей мере в области совпадения в открытом сообщении друг с другом. Иными словами, область совпадения не имеет материала.According to the present invention, the radii of the centered hole (O) and the radii of at least two chambers (K1, K2) coincide or overlap so that the centered hole (O) and at least two chambers (K1, K2) are at least in areas of overlap in open communication with each other. In other words, the matched area has no material.

Открытое сообщение центрированного отверстия и камер обеспечивает поступление сжатого газа из полого вала соответственно в по меньшей мере одну из камер (K1, K2) разделителя. Затем газ может далее из по меньшей мере одной камеры (K1, K2) разделителя входить в аэрационные диски.The open communication of the centered hole and the chambers ensures the supply of compressed gas from the hollow shaft, respectively, to at least one of the chambers (K1, K2) of the separator. The gas can then further enter the aeration discs from at least one chamber (K1, K2) of the separator.

Поскольку между двумя разделителями предпочтительно расположен один аэрационный диск, газ направляется из по меньшей мере одной наполненной газом камеры разделителя в промежуточное пространство между двумя разделителями, при этом промежуточное пространство аэрационного диска является заполненным, и из этого промежуточного пространства направляется в аэрационный диск через подходящие отверстия для подачи газа или подвода газа в аэрационном диске. Благодаря этому диски симметрично снабжаются газом, и достигается равномерное образование микропузырьков в среде, в которую необходимо подавать газ, или в жидкости, которая подлежит очищению.Since one aeration disc is preferably located between the two separators, the gas is directed from the at least one gas-filled chamber of the separator into the intermediate space between the two separators, the intermediate space of the aeration disc being filled, and from this intermediate space is directed to the aeration disc through suitable openings for gas supply or gas supply in the aeration disk. As a result, the discs are symmetrically supplied with gas and a uniform formation of microbubbles is achieved in the medium to which the gas is to be supplied or in the liquid to be purified.

В одном предпочтительном варианте осуществления представленное устройство содержит по меньшей мере один горизонтально расположенный в по меньшей мере одном контейнере вращающийся газопроницаемый полый вал.In one preferred embodiment, the present device comprises at least one rotatable gas-permeable hollow shaft arranged horizontally in at least one container.

Аэрационные диски могут иметь любую геометрическую форму, которая для описанной функции аэрационных дисков является возможной и целесообразной.The aeration discs can be of any geometric shape which is possible and expedient for the described function of the aeration discs.

В одном предпочтительном варианте осуществления на этом по меньшей мере одном полом валу предусмотрены круглые аэрационные диски, вертикально по отношению к полому валу, и между аэрационными дисками предусмотрены круглые разделители, при этом аэрационные диски и разделители расположены поочередно на полом валу в герметичном контакте друг с другом.In one preferred embodiment, circular aeration discs are provided on this at least one hollow shaft, vertical to the hollow shaft, and circular separators are provided between the aeration discs, the aeration discs and separators being arranged alternately on the hollow shaft in tight contact with each other. .

В другом предпочтительном варианте осуществления каждый из разделителей содержит по меньшей мере одно центрированное круглое отверстие (O) для вмещения полого вала и по меньшей мере три круглые камеры (K1, K2, K3), при этом по меньшей мере три камеры (K1, K2, K3) расположены вокруг центрированного отверстия (O) и равноудаленно от него. Расположение трех камер может быть описано на примере геометрической характеристики трех листков клевера. В целом также является возможным, чтобы разделитель содержал более трех, например четыре, пять или шесть камер. Эти камеры могут также образовываться в виде круговых сегментов.In another preferred embodiment, each of the spacers comprises at least one centered circular hole (O) for receiving the hollow shaft and at least three circular chambers (K1, K2, K3), with at least three chambers (K1, K2, K3) are located around and equidistant from the centered hole (O). The location of the three chambers can be described using the example of the geometric characteristics of three clover leaves. In general, it is also possible for the divider to contain more than three, for example four, five or six chambers. These chambers may also be formed as circular segments.

Как будет указано ниже, керамическая мембрана имеет, например, размер пор два микрометра, что служит образованию пузырьков с размером пузырьков от 40 до 60 мкм. Из-за вращения полого вала и керамических дисков, которые находятся на полом валу, усилия сдвига действуют на газовые пузырьки, которые выходят из керамических дисков, что влияет на размер газовых пузырьков и скопления пузырьков. Сила или величина действующего усилия сдвига имеет, таким образом, непосредственное влияние на эффективность образования пузырьков. На силу самих усилий сдвига, в свою очередь, может влиять скорость вращения полого вала, при этом скорость вращения полого вала может составлять до 400 об/мин.As will be discussed below, the ceramic membrane has, for example, a pore size of two micrometers, which serves to form bubbles with a bubble size of 40 to 60 μm. Due to the rotation of the hollow shaft and the ceramic discs that are on the hollow shaft, shear forces act on the gas bubbles that come out of the ceramic discs, which affects the size of the gas bubbles and bubble clusters. The strength or magnitude of the shear force applied thus has a direct influence on the efficiency of bubble generation. The strength of the shear forces themselves, in turn, can be affected by the speed of rotation of the hollow shaft, while the speed of rotation of the hollow shaft can be up to 400 rpm.

На пузырьки, образовавшиеся в жидкости в виде скопления пузырьков, впоследствии осаждаются частицы грязи, находящиеся в жидкости (например, органические вещества или биологические вещества), и поднимаются в виде соответствующего агломерата газовых пузырьков на поверхность жидкости. Впоследствии образовавшийся на поверхности жидкости слой твердого вещества можно затем механически отделить. Благодаря специальной комбинации (прямого) впуска газа в подводящий трубопровод и полый вал, а также вертикальному расположению разделителей и аэрационных дисков на горизонтальном полом валу обеспечивается получение мельчайших пузырьков энергетически и, значит, экономически выгодным путем, что делает целесообразным применение устройства в крупных промышленных масштабах.The bubbles formed in the liquid as a cluster of bubbles are subsequently deposited by dirt particles present in the liquid (eg organic matter or biological substances) and rise as a corresponding agglomeration of gas bubbles to the surface of the liquid. Subsequently, the solid layer formed on the surface of the liquid can then be mechanically separated. Thanks to a special combination of (direct) gas inlet into the supply line and hollow shaft, as well as the vertical arrangement of separators and aeration discs on a horizontal hollow shaft, the production of tiny bubbles is energetically and therefore economically advantageous, which makes it expedient to use the device on a large industrial scale.

Как указано выше, каждый разделитель содержит по меньшей мере одно центрированное отверстие (O) с диаметром dO для вмещения полого вала и по меньшей мере две, в частности по меньшей мере три, круглые камеры (K1, K2, K3) с диаметрами dK1, dK2, dK3 соответственно.As mentioned above, each spacer contains at least one centered hole (O) with a diameter dO to accommodate a hollow shaft and at least two, in particular at least three, circular chambers (K1, K2, K3) with diameters dK1, dK2 , dK3, respectively.

Предпочтительно геометрические характеристики, в частности диаметры каждой камеры разделителя, являются равными. В одном варианте эти диаметры находятся в пределах от 5 до 50 мм, предпочтительно от 15 до 50 мм, предпочтительно от 20 до 35 мм.Preferably, the geometric characteristics, in particular the diameters of each separator chamber, are equal. In one embodiment, these diameters are in the range of 5 to 50 mm, preferably 15 to 50 mm, preferably 20 to 35 mm.

В одном варианте диаметры каждой камеры являются одинаковыми, и dO являются одинаковыми. Однако также возможно, чтобы диаметры каждой камеры являлись одинаковыми, а dO отличались. В последнем случае dO может, например, составлять от 15 до 20 мм, и диаметры камер могут составлять меньше 10 мм, например от 5 до 10 мм.In one embodiment, the diameters of each chamber are the same and the dO's are the same. However, it is also possible for the diameters of each chamber to be the same, but the dO to be different. In the latter case, dO may, for example, be from 15 to 20 mm, and chamber diameters may be less than 10 mm, for example, from 5 to 10 mm.

В целом диаметры камер, а также dO и, значит, вала и камеры являются вариабельными и соответственно регулируются по отношению друг к другу.In general, the diameters of the chambers as well as dO and thus of the shaft and the chamber are variable and can be adjusted in relation to each other accordingly.

Толщина разделителя зависит от ширины емкости, в которой применяют представленное устройство, и количества аэрационных дисков, необходимых для аэрации. В одном варианте осуществления разделитель выполнен цельным. Но в целом также является вероятным и возможным изготовить разделитель из нескольких частей (например, трех частей) и эти части герметично и крепко друг с другом соединить, например склеить или сварить.The thickness of the divider depends on the width of the container in which the presented device is used and the number of aeration discs required for aeration. In one embodiment, the separator is integral. But in general, it is also plausible and possible to make a spacer from several parts (for example, three parts) and these parts are hermetically and firmly connected to each other, for example glued or welded.

В другом варианте осуществления разделитель изготовлен из металлического или неметаллического материала, предпочтительно образован из синтетического материала. В качестве предпочтительного материала можно применять, например, полиоксиметилен (POM) или поливинилхлорид (PVC).In another embodiment, the spacer is made from a metallic or non-metallic material, preferably made from a synthetic material. As a preferred material, for example, polyoxymethylene (POM) or polyvinyl chloride (PVC) can be used.

В одном дополнительном варианте осуществления по меньшей мере один разделитель с внешним диаметром dA_{внешний} на по меньшей мере одной из его круглых сторон содержит выступ с диаметром dA_{выступа}, при этом dA_{выступа} является меньшим, чем dA_{внешний}. Таким образом, диаметр или радиус выступа являются меньшими, чем общий диаметр разделителя. Так, внешний диаметр dA_{внешний} может составлять от 50 до 150 мм, предпочтительно от 70 до 120 мм, особенно предпочтительно от 90 до 110 мм, и диаметр выступа dA_{выступа} может составлять от 30 до 100 мм, предпочтительно от 50 до 90 мм. В одном варианте dA_{внешний} составляет, например, 110 мм, и dA_{выступа}, например, составляет 89,9 мм. В целом действует правило, что диаметр выступа является зависимым от внутреннего диаметра аэрационного диска.In one additional embodiment, at least one spacer with outer diameter dA _outer on at least one of its round sides contains a protrusion with a _protrusion diameter dA , wherein dA of the _protrusion is smaller than dA _outer . Thus, the diameter or radius of the protrusion is smaller than the overall diameter of the spacer. Thus, the external diameter dA _external may be 50 to 150 mm, preferably 70 to 120 mm, particularly preferably 90 to 110 mm, and the projection diameter dA of the _projection may be 30 to 100 mm, preferably 50 to 90 mm. In one embodiment, _{the outer} dA is, for example, 110 mm and the _protrusion dA, for example, is 89.9 mm. In general, the rule is that the diameter of the protrusion is dependent on the inside diameter of the aeration disc.

Этот по меньшей мере один выступ разделителя служит для вмещения аэрационного диска. В частности, выступ может описываться как центрирующий выступ, на котором расположен аэрационный диск. Дополнительно предусмотрена канавка (канавка под уплотнительное кольцо) для создания уплотнения между аэрационным диском и разделителем. Герметичный контакт между разделителем и аэрационным диском осуществляется посредством наложения аэрационного диска на выступ разделителя и создания уплотнения между аэрационным диском и разделителем (на внешнем радиусе разделителей) при помощи вставленного уплотнительного кольца.This at least one protrusion of the spacer serves to receive the aeration disk. In particular, the protrusion may be described as a centering protrusion on which the aeration disc is located. Additionally, a groove (O-ring groove) is provided to create a seal between the aeration disc and the spacer. Tight contact between the separator and the aeration disc is achieved by applying the aeration disc to the ledge of the separator and creating a seal between the aeration disc and the separator (on the outer radius of the separators) using an inserted sealing ring.

В одном варианте осуществления представлен аэрационный диск в виде кольца, имеющего внутреннюю окружность с внутренним диаметром dB_{внутренний} и внешнюю окружность с внешним диаметром dB_{внешний}, при этом внутренний диаметр dB_{внутренний} аэрационного диска (с небольшим допуском приблизительно 2/10 мм) соответствует диаметру dA_{выступа} (центрирующего) выступа разделителя.In one embodiment, the aeration disc is presented in the form of a ring, having an inner circle with an inner diameter dB _inner and an outer circle with an outer diameter dB _outer , while the inner diameter dB _inner aeration disc (with a small tolerance of approximately 2/10 mm) corresponds to the diameter dA of the _protrusion (centering) protrusion of the separator.

В дополнительном варианте осуществления представленного устройства аэрационный диск вдоль внутренней окружности содержит равномерно распределенные отверстия для газа. Так, размер отверстий может составлять приблизительно 2x5 мм, и они могут располагаться на расстоянии 13 мм друг от друга. Размер отверстий для газа и расстояние между ними могут быть, однако, выбраны произвольно.In a further embodiment of the present device, the aeration disc has evenly spaced gas holes along its inner circumference. Thus, the holes may be approximately 2x5 mm in size, and they may be spaced 13 mm apart. The size of the gas holes and the distance between them can, however, be chosen arbitrarily.

Газ, который поступает по полому валу в камеры разделителя, распространяется в (герметичном) промежуточном пространстве, заполненном благодаря аэрационному диску, между двумя разделителями и входит в отверстия для газа аэрационного диска.The gas which enters through the hollow shaft into the chambers of the separator is distributed in the (sealed) intermediate space filled by the aeration disc between the two separators and enters the gas holes of the aeration disc.

Аэрационный диск, как правило, имеет внешний диаметр от 100 до 500 мм, предпочтительно от 150 до 350 мм. Керамика оказалась особенно подходящим материалом для аэрационных дисков, в частности оксид алюминия a-Al₂O₃. Однако применимы также другие керамические оксиды и вещества, не являющиеся оксидами, такие как карбид кремния или оксид циркония.The aeration disc typically has an outer diameter of 100 to 500 mm, preferably 150 to 350 mm. Ceramic has proven to be a particularly suitable material for aeration discs, in particular alumina a-Al ₂ O ₃ . However, other ceramic oxides and non-oxide materials such as silicon carbide or zirconium oxide are also applicable.

В дополнительном варианте осуществления представленного устройства по меньшей мере один аэрационный диск состоит из керамического материала со средним размером пор от 0,05 мкм до 20 мкм, предпочтительно от 0,1 до 10 мкм, особенно предпочтительно от 2 до 5 мкм. Размер пор 2 мкм или 3 мкм является при этом наиболее предпочтительным.In a further embodiment of the device shown, at least one aeration disc consists of a ceramic material with an average pore size of 0.05 µm to 20 µm, preferably 0.1 to 10 µm, particularly preferably 2 to 5 µm. A pore size of 2 µm or 3 µm is the most preferred.

Средний диаметр пузырьков, которые подаются в жидкость через аэрационный диск или аэрационную мембрану, может составлять от 10 мкм до 200 мкм, предпочтительно от 20 мкм до 100 мкм, особенно предпочтительно от 30 до 80 мкм, еще более предпочтительно 50 мкм. На получение пузырьков на аэрационной мембране или аэрационном диске, в частности, могут влиять соответствующий объемный расход газа и давление. Чем выше является давление, тем больше по количеству и по размеру при этом возникает пузырьков. При этом установленный объемный расход играет в данном случае исключительно второстепенную роль.The average diameter of the bubbles which are introduced into the liquid through the aeration disc or aeration membrane may be 10 µm to 200 µm, preferably 20 µm to 100 µm, particularly preferably 30 to 80 µm, even more preferably 50 µm. The formation of bubbles on the aeration membrane or aeration disc can in particular be influenced by the corresponding gas volume flow and pressure. The higher the pressure, the larger the number and size of the bubbles. In this case, the set volume flow plays only a secondary role in this case.

Дополнительно предусмотрено, что на по меньшей мере одном вращающемся полом валу расположено от 2 до 100, предпочтительно от 10 до 50, особенно предпочтительно от 15 до 30 аэрационных дисков и разделителей.Additionally, it is provided that on at least one rotating hollow shaft there are from 2 to 100, preferably from 10 to 50, particularly preferably from 15 to 30 aeration discs and spacers.

В одном варианте представленного устройства по меньшей мере один полый вал вращается со скоростью вращения от 50 до 400 об/мин, предпочтительно от 100 до 300 об/мин, особенно предпочтительно от 180 до 220 об/мин. Угловая скорость зависит от размера аэрационных дисков. Так, угловая скорость в случае небольших аэрационных дисков (например, d = 152 мм) может находиться в пределах 180–200 об/мин, тогда как в случае больших аэрационных дисков (например, d = 312 мм) угловая скорость находится в пределах 100–120 об/мин. Скорость вращения полого вала и, значит, также скорость вращения аэрационных дисков, равно как количество газа и давление газа, можно менять в режиме «онлайн» (реального времени) во время эксплуатации устройства в зависимости от предпочтительных параметров образования пузырьков, то есть количества и размера пузырьков.In one embodiment of the device shown, at least one hollow shaft rotates at a speed of 50 to 400 rpm, preferably 100 to 300 rpm, particularly preferably 180 to 220 rpm. The angular velocity depends on the size of the aeration discs. So, the angular velocity in the case of small aeration discs (for example, d = 152 mm) can be in the range of 180–200 rpm, while in the case of large aeration discs (for example, d = 312 mm), the angular velocity is in the range of 100– 120 rpm The speed of rotation of the hollow shaft and thus also the speed of rotation of the aeration discs, as well as the amount of gas and the pressure of the gas, can be changed online (real time) during the operation of the device, depending on the preferred parameters for the formation of bubbles, i.e. quantity and size bubbles.

В дополнительном варианте представленного устройства по меньшей мере один подаваемый сжатый газ выбран из группы, состоящей из воздуха, двуокиси углерода, азота, озона, метана или природного газа. Метан находит особое применение при удалении нефти и газа из жидкости, как, например, в случае очищения накопившейся жидкости при гидравлическом разрыве пласта. Озон, в свою очередь, благодаря своим окислительным и антибактериальным свойствам может применяться для очищения воды из аквакультуры.In a further embodiment of the apparatus shown, the at least one pressurized gas supplied is selected from the group consisting of air, carbon dioxide, nitrogen, ozone, methane, or natural gas. Methane finds particular use in the removal of oil and gas from a fluid, such as in the case of fluid build-up in hydraulic fracturing. Ozone, in turn, due to its oxidizing and antibacterial properties can be used to purify water from aquaculture.

Сжатый газ подается, как описано выше, в по меньшей мере один подводящий трубопровод и, значит, затем непосредственно в по меньшей мере один полый вал без жидкости-носителя. Соответственно, происходит прямой впуск сжатого газа непосредственно из резервуара для газа, как, например, из газового баллона или соответствующего газопровода. Таким образом, газ не требует жидкости-носителя, как, например, это предусмотрено в случае DAF, так что нет необходимости в рециркулируемом потоке и насыщающей колонке, а также в энергии уплотнения для достижения высокого уровня давления в рециркулируемом потоке при DAF. Дополнительное преимущество прямого впуска сжатого газа без жидкости-носителя состоит в том, что обеспечивается простое и энергетически не затратное получение микропузырьков.The compressed gas is fed, as described above, into the at least one supply line and thus directly into the at least one hollow shaft without carrier fluid. Accordingly, there is a direct inlet of compressed gas directly from the gas reservoir, such as, for example, from a gas cylinder or a corresponding gas pipeline. Thus, the gas does not require a carrier liquid, as for example is the case with DAF, so there is no need for recycle stream and saturating column, as well as sealing energy to achieve a high pressure level in the recycle stream in DAF. An additional advantage of the direct inlet of compressed gas without carrier liquid is that a simple and energy-saving production of microbubbles is provided.

Давление газа, который подается в по меньшей мере один полый вал, составляет от 1 до 5 бар, предпочтительно от 2 до 3 бар. Чтобы достичь этого уровня давления в полом валу, в подводящий трубопровод для газа вводится по меньшей мере один сжатый газ с давлением от 5 до 10 бар. В целом действует правило, что давление введенного газа должно быть больше, чем сумма давления в валу и потери давления. Ход давления внутри полого вала предпочтительно является постоянным.The pressure of the gas which is supplied to the at least one hollow shaft is 1 to 5 bar, preferably 2 to 3 bar. In order to achieve this pressure level in the hollow shaft, at least one compressed gas with a pressure of 5 to 10 bar is introduced into the gas supply line. In general, the rule applies that the pressure of the introduced gas must be greater than the sum of the shaft pressure and the pressure loss. The pressure stroke inside the hollow shaft is preferably constant.

В дополнительном варианте представленного устройства по меньшей мере один полый вал изготовляется из нержавеющей стали, как, например, V2A или 4VA, материал типа «Дуплекс» или «Супер дуплекс», или из синтетического материала. Общий диаметр полого вала составляет от 10 до 50 мм.In a further embodiment of the device shown, at least one hollow shaft is made of stainless steel, such as V2A or 4VA, Duplex or Super Duplex material, or synthetic material. The overall diameter of the hollow shaft is 10 to 50 mm.

Полый вал состоит из газопроницаемого материала (например, перфорированного материала), так что газ может входить из внутреннего пространства полого вала в камеры разделителя и оттуда в аэрационные диски. Газопроницаемость материала полого вала может быть достигнута посредством отверстий с диаметром от 1 до 5 мм, которые могут быть расположены или распределены на различных позициях. Также возможно применение материала со сделанными в нем прорезями или сети (жесткой).The hollow shaft consists of a gas-permeable material (eg perforated material) so that gas can enter from the interior of the hollow shaft into the separator chambers and from there into the aeration discs. The gas permeability of the material of the hollow shaft can be achieved through holes with a diameter of 1 to 5 mm, which can be located or distributed at various positions. It is also possible to use material with slots made in it or a net (rigid).

Полый вал имеет на своих обоих концах соответственно т. наз. концевой элемент вала. Концевые элементы вала служат, во-первых, для герметичного закрытия комбинации из аэрационных дисков и разделителей, во-вторых, для скрепления этой комбинации и, в-третьих, для вмещения соответствующей опоры полого вала. Дополнительно предусмотрено, чтобы по меньшей мере один полый вал располагался при помощи концевых элементов вала соответственно в двух фиксаторах вала с соответствующими опорами.The hollow shaft has at its both ends, respectively, the so-called. shaft end. The end elements of the shaft serve, firstly, to seal the combination of aeration discs and separators, secondly, to fasten this combination and, thirdly, to accommodate the corresponding hollow shaft support. Additionally, it is provided that at least one hollow shaft is located by means of the shaft end elements, respectively, in two shaft retainers with corresponding supports.

На конце или на концевом элементе вала в особом варианте вместе предусмотрены по меньшей мере один подводящий трубопровод для сжатого газа, проходящий в полый вал, и по меньшей мере один привод для вращения полого вала. Подача воздуха и привод полого вала, следовательно, предусмотрены в одной части на одной стороне или одном конце полого вала. Однако также возможно, чтобы подача воздуха и привод были предусмотрены на разных или противоположных концах полого вала. Уплотнение и подача воздуха на стороне привода осуществляются посредством модифицированного контактного уплотнительного кольца. Известны моторы для привода полых валов, и их можно выбрать из разнообразного ассортимента в зависимости от величины установки.At the end or on the end element of the shaft, in a particular embodiment, at least one supply line for compressed gas is provided, which extends into the hollow shaft, and at least one drive for rotating the hollow shaft. The air supply and the drive of the hollow shaft are therefore provided in one part on one side or one end of the hollow shaft. However, it is also possible for the air supply and the drive to be provided at different or opposite ends of the hollow shaft. The sealing and air supply on the drive side is by means of a modified mechanical seal. Motors for driving hollow shafts are known and can be selected from a wide range depending on the size of the plant.

Концевой элемент вала со стороны привода и со стороны подачи газа физически соединен с полым валом. Благодаря этому возникает герметичное соединение, которое также выдерживает поворот и растяжение. На стороне, противоположной приводу, находится гайка вала. Внешний вал служит в качестве затяжки. При помощи концевого элемента вала, который посажен на полый вал с возможностью перемещения, на другой стороне от привода комбинация из аэрационных дисков и разделителей с лежащими между ними уплотнительными кольцами затягивается посредством завинчивания гайки вала и герметизируется до достижения средней герметизации.The shaft end on the drive side and on the gas supply side is physically connected to the hollow shaft. This results in an airtight connection that also withstands twisting and stretching. On the side opposite the drive is the shaft nut. The outer shaft serves as a puff. On the other side of the drive, the combination of aeration discs and spacers with O-rings lying between them is tightened by screwing the shaft nut and sealed by means of a shaft end piece, which is movably seated on the hollow shaft, until a medium seal is achieved.

Расположение привода для устройства может быть снаружи или внутри резервуара или контейнера, в который устройство погружено и в котором его применяют.The drive location for the device may be outside or inside the tank or container in which the device is immersed and used.

Устройство согласно настоящему изобретению применяют в способе получения газовых пузырьков в жидкости в контейнере, при этом способ включает следующие этапы:The apparatus of the present invention is used in a method for producing gas bubbles in a liquid in a container, the method comprising the following steps:

- введение сжатого газа в по меньшей мере один подводящий трубопровод, при этом сжатый газ предпочтительно непосредственно без жидкости-носителя подают в подводящий трубопровод;introducing the compressed gas into at least one supply line, the compressed gas preferably being supplied directly without a carrier liquid to the supply line;

- введение сжатого газа во внутреннее пространство по меньшей мере одного, в частности, горизонтально расположенного вращающегося полого вала, при этом по меньшей мере один полый вал вращается со скоростью вращения от 50 до 400 об/мин, предпочтительно от 100 до 300 об/мин, особенно предпочтительно от 180 до 220 об/мин, и- introduction of compressed gas into the interior of at least one, in particular, horizontally located rotating hollow shaft, while at least one hollow shaft rotates at a rotation speed of from 50 to 400 rpm, preferably from 100 to 300 rpm, particularly preferably between 180 and 220 rpm, and

- подачу сжатого газа по разделителям и аэрационным дискам, расположенным, в частности, вертикально на вращающемся полом валу, в жидкость с получением газовых пузырьков.- supply of compressed gas through separators and aeration discs, located, in particular, vertically on a rotating hollow shaft, into the liquid to obtain gas bubbles.

Благодаря представленному способу возможно получать пузырьки в жидкости с размером пузырьков от 1 мкм до 200 мкм, предпочтительно от 20 мкм до 100 мкм, особенно предпочтительно от 30 до 89 мкм, еще более предпочтительно от 45 мкм до 50 мкм.With the present method, it is possible to obtain bubbles in a liquid with a bubble size of 1 µm to 200 µm, preferably 20 µm to 100 µm, particularly preferably 30 to 89 µm, even more preferably 45 µm to 50 µm.

В предпочтительном варианте представленное устройство применяют для получения газовых пузырьков в установке для очищения жидкости, предпочтительно воды, в частности для очищения соленой воды или ее предварительного очищения, шламовых сточных вод и других загрязненных жидкостей.In a preferred embodiment, the present apparatus is used to produce gas bubbles in a liquid, preferably water, purification plant, in particular for the purification or pre-treatment of salt water, sewage sludge and other contaminated liquids.

Такая установка для очищения жидкости, как, например, воды, содержит по меньшей мере один контейнер с устройством для получения газовых пузырьков в соответствии с вышеизложенным описанием и по меньшей мере один контейнер (флотационную камеру) для вмещения по меньшей мере одной жидкости, перемешанной с пузырьками, при этом данный контейнер содержит по меньшей мере один фильтрационный блок для отделения органических компонентов, содержащихся в жидкости.Such a device for purifying a liquid, such as water, comprises at least one container with a device for obtaining gas bubbles in accordance with the above description and at least one container (flotation chamber) for accommodating at least one liquid mixed with bubbles , while this container contains at least one filtration unit for separating the organic components contained in the liquid.

В одном варианте представленного расположения дополнительно к контейнеру с устройством для получения газовых пузырьков может быть включен по меньшей мере один коагуляционный блок для вмещения жидкости, которая подлежит очищению, и для вмещения по меньшей мере одного коагулянта для коагулирования компонентов, содержащихся в жидкости.In one embodiment of the arrangement shown, in addition to the container with the device for obtaining gas bubbles, at least one coagulation unit can be included to contain the liquid to be purified, and to contain at least one coagulant to coagulate the components contained in the liquid.

В дополнительном варианте представленной установки по меньшей мере один коагуляционный блок, по меньшей мере одно устройство для получения газовых пузырьков и по меньшей мере один контейнер (флотационная камера) с по меньшей мере одним фильтрационным блоком расположены таким образом по отношению друг к другу, что они находятся друг с другом в сообщении по текучей среде, так что перемешанная с коагулирующим средством жидкость, которая подлежит очищению, передается из коагуляционного блока в устройство для получения газовых пузырьков и затем из этого устройства в контейнер (флотационную камеру) с фильтрационным блоком.In an additional version of the presented installation, at least one coagulation unit, at least one device for obtaining gas bubbles and at least one container (flotation chamber) with at least one filtration unit are located in such a way with respect to each other that they are with each other in fluid communication, so that the liquid to be purified, mixed with the coagulating agent, is transferred from the coagulation unit to the device for obtaining gas bubbles and then from this device to the container (flotation cell) with the filtration unit.

Коагуляционный блок может либо быть выполнен как отдельный блок, отделенный от других контейнеров, либо быть соединенным цельно с дополнительными контейнерами. В жидкость, которая подлежит очищению, как, например, вода, которая подлежит очищению, вводится подходящее коагулирующее средство, как, например, соли Fe³⁺ или Al³⁺, например FeCl₃, и в некоторых случаях интенсивно смешивают с жидкостью путем применения импеллера или статического смешивающего устройства. Жидкость, перемешанная с коагулирующим средством в коагуляционном блоке, затем предпочтительно передается в по меньшей мере один контейнер с устройством для получения газовых пузырьков в виде потока жидкости, при этом поток жидкости в этом контейнере перемешивается с газовыми пузырьками, введенными посредством устройства для получения газовых пузырьков.The coagulation unit can either be made as a separate unit, separated from other containers, or be integrally connected with additional containers. A suitable coagulating agent, such as Fe ³⁺ or Al ³⁺ salts, such as FeCl ₃ , is introduced into the liquid to be purified, such as water to be purified, and in some cases intensively mixed with the liquid by using an impeller or static mixing device. The liquid mixed with the coagulating agent in the coagulation unit is then preferably transferred to at least one container with the gas bubbler as a liquid stream, the liquid stream in this container being mixed with the gas bubbles introduced by the gas bubbler.

Образующийся при этом агломерат газовых пузырьков и подвергнутых коагулированию органических компонентов затем поступает в дальнейший контейнер (флотационную камеру) с по меньшей мере одним фильтрационным блоком, при этом агломерат газовых пузырьков и подвергнутые коагулированию органические компоненты во флотационной камере поднимаются на поверхность жидкости, там собираются, и их механически отделяют. Жидкость, из которой таким образом было удалено большинство органических компонентов, затем перегоняется посредством фильтрационного блока, расположенного на поверхности дна флотационной камеры, и подвергается дальнейшим этапам очистки. Соответственно, в одном варианте осуществления представленной установки имеется по меньшей мере один фильтрационный блок во флотационной камере под слоем, образованным посредством вынесенных наверх подвергнутых коагулированию органических компонентов. Особенно предпочтительно, если по меньшей мере один фильтрационный блок расположен на дне флотационной камеры, и, соответственно, предусмотрено, что он погружен в область флотационной камеры, где находится жидкость.The resulting agglomerate of gas bubbles and coagulated organic components then enters a further container (flotation cell) with at least one filtration unit, while the gas bubble agglomerate and coagulated organic components in the flotation cell rise to the surface of the liquid, are collected there, and they are mechanically separated. The liquid from which most of the organic components have been removed in this way is then distilled by means of a filtration unit located on the surface of the bottom of the flotation cell and subjected to further purification steps. Accordingly, in one embodiment of the present plant, there is at least one filtration unit in the flotation chamber below the bed formed by the coagulated organic components brought to the top. It is especially preferred if at least one filtration unit is located at the bottom of the flotation cell and is accordingly provided to be immersed in the liquid area of the flotation cell.

Фильтрационный блок имеет, в частности, прямоугольную форму, адаптированную под контейнер (флотационную камеру). Длина фильтрационного блока предпочтительно соответствует от 0,5 до 0,8, особенно предпочтительно 0,6 длины флотационной камеры. Ширина фильтрационного блока предпочтительно соответствует от 0,6 до 0,9, особенно предпочтительно 0,8 ширины флотационной камеры. Таким образом, фильтрационный блок полностью не проходит по всей ширине флотационной камеры, а, напротив, находится на небольшом расстоянии от ее продолговатых боковых стенок. Вверху фильтрационный блок выполнен таким образом, что он в этой области соответствует от 0,1 до 0,9, предпочтительно от 0,6 до 0,7 высоты контейнера (флотационной камеры). Само собой разумеется, что у применяемого фильтрационного блока возможны также другие параметры.The filtration unit has, in particular, a rectangular shape adapted to the container (flotation cell). The length of the filtration block preferably corresponds to 0.5 to 0.8, particularly preferably 0.6 of the length of the flotation cell. The width of the filtration block preferably corresponds to 0.6 to 0.9, particularly preferably 0.8 of the width of the flotation cell. Thus, the filtration unit does not completely extend across the entire width of the flotation chamber, but, on the contrary, is located at a small distance from its elongated side walls. At the top, the filtration unit is designed in such a way that in this area it corresponds to 0.1 to 0.9, preferably 0.6 to 0.7, of the height of the container (flotation chamber). It goes without saying that other parameters are also possible for the filtration unit used.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один фильтрационный блок представлен в виде керамической фильтрационной мембраны, в частности в виде керамической микро- или ультрафильтрационной мембраны. Подобные керамические фильтрационные мембраны имеют высокую устойчивость к воздействию химических веществ и долгий срок эксплуатации. Кроме того, керамические фильтрационные мембраны являются водопроницаемыми и менее подвержены загрязнению, поскольку они, будучи полимерными мембранами, имеют высокую гидрофильность. Благодаря их механической стабильности нет необходимости в предварительной фильтрации. Особенно предпочтительным оказался мембранный модуль, который имеет средний размер пор от 20 нм до 500 нм, предпочтительно от 100 нм до 300 нм, особенно предпочтительно 200 нм. Предпочтительно применяемый фильтрационный мембранный модуль может изготовляться из нескольких пластин, одной или нескольких труб или иметь другие геометрические формы. Особенно предпочтительным керамическим материалом оказался оксид алюминия в виде a-Al₂O₃, однако применимы другие керамические оксиды или вещества, не являющиеся оксидами, как карбид кремния или оксид циркония, в фильтрационном блоке.In a preferred embodiment, the at least one filtration unit is in the form of a ceramic filtration membrane, in particular a ceramic micro- or ultrafiltration membrane. These ceramic filtration membranes are highly resistant to chemicals and have a long service life. In addition, ceramic filtration membranes are water permeable and less prone to fouling because they are highly hydrophilic as polymeric membranes. Due to their mechanical stability, there is no need for pre-filtration. Particular preference has been found to be a membrane module which has an average pore size of 20 nm to 500 nm, preferably 100 nm to 300 nm, particularly preferably 200 nm. Preferably used filtration membrane module can be made of several plates, one or more pipes or have other geometries. A particularly preferred ceramic material has proven to be alumina in the form of α-Al ₂ O ₃ , however, other ceramic oxides or non-oxide materials such as silicon carbide or zirconium oxide are applicable in the filtration block.

В другом предпочтительном варианте осуществления установка, в данном случае, в частности, флотационная камера, содержит средство для вовлечения воздуха в фильтрационный блок, чтобы подходящим образом осуществлять вовлечение воздуха в по меньшей мере один фильтрационный блок. Подходящее средство для вовлечения воздуха может, например, быть представлено в виде перфорированных шлангов или труб. В средство для вовлечения воздуха может подаваться воздух, чтобы осуществлять большие усилия сдвига на поверхности фильтрационного блока для избегания загрязнения поверхности мембраны или сведения его к минимуму. Дополнительной возможностью для предупреждения или уменьшения загрязнения фильтрационного блока является очистка подходящими химическими веществами, такими как лимонная кислота, для предупреждения неорганического загрязнения или подходящим окисляющим средством, как, например, гидрохлорид натрия, для уменьшения биологического загрязнения.In another preferred embodiment, the installation, in this case in particular the flotation cell, comprises means for entraining air into the filtration unit in order to suitably entrain air into the at least one filtration unit. Suitable means for entraining air may, for example, be in the form of perforated hoses or pipes. Air may be supplied to the air-entraining means to exert high shear forces on the surface of the filtration unit to avoid or minimize fouling of the membrane surface. An additional option to prevent or reduce fouling of the filtration unit is cleaning with suitable chemicals such as citric acid to prevent inorganic fouling or a suitable oxidizing agent such as sodium hydrochloride to reduce biological fouling.

Соответственно, описанную установку можно применять в способе очищения жидкости, в частности очищения воды, как, например, очищения или предварительного очищения морской воды. При этом такой способ включает этапы:Accordingly, the apparatus described can be used in a process for purifying a liquid, in particular purifying water, such as purifying or pre-purifying sea water. In this case, this method includes the steps:

- необязательного введения жидкости, которая подлежит очищению, в по меньшей мере один коагуляционный блок и добавления по меньшей мере одного коагулирующего средства в жидкость, которая подлежит очищению, для коагулирования компонентов, которые содержатся в жидкости, как, например, органических компонентов,optionally introducing the liquid to be purified into at least one coagulation unit and adding at least one coagulant to the liquid to be purified in order to coagulate the components contained in the liquid, such as organic components,

- передачи жидкости, необязательно перемешанной с по меньшей мере одним коагулирующим средством, в по меньшей мере один расположенный ниже контейнер с устройством для получения газовых пузырьков и приведения в контакт жидкости, необязательно перемешанной с коагулирующим средством, с газовыми пузырьками, которые подаются в этом контейнере, для получения агломерата газовых пузырьков, в частности агломерата газовых микропузырьков и коагулянтов,- transferring the liquid, optionally mixed with at least one coagulating agent, into at least one container located below with a device for obtaining gas bubbles and bringing the liquid, optionally mixed with a coagulating agent, into contact with gas bubbles that are supplied in this container, to obtain an agglomerate of gas bubbles, in particular an agglomerate of gas microbubbles and coagulants,

- передачи жидкости, перемешанной с газовыми пузырьками и необязательным коагулирующим средством, во флотационную камеру, при этом агломерат газовых пузырьков, поднимающихся на поверхность флотационной камеры, отделяют, и- transferring the liquid, mixed with gas bubbles and an optional coagulating agent, to the flotation cell, wherein the agglomerate of gas bubbles rising to the surface of the flotation cell is separated, and

- перегонки жидкости с удаленным агломератом газовых пузырьков через по меньшей мере один расположенный во флотационной камере фильтрационный блок, иdistillation of the liquid with the agglomerate of gas bubbles removed through at least one filtration unit located in the flotation chamber, and

- подведения жидкости, перегнанной через фильтрационный блок, для дальнейших этапов очистки.- supplying the liquid, distilled through the filtration unit, for further purification steps.

Представленный способ, соответственно, отображает комбинированный процесс получения газовых пузырьков путем применения аэрационных дисков, расположенных вертикально на полом валу, микрофлотации и фильтрации через мембранный фильтр в одном блоке устройства.The presented method accordingly depicts the combined process of obtaining gas bubbles by using aeration disks located vertically on a hollow shaft, microflotation and filtration through a membrane filter in one unit of the device.

Изобретение будет объяснено более подробно ниже со ссылкой на фигуры графических материалов в отношении примера осуществления. На графических материалах:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings in relation to an embodiment. On graphics:

на фиг. 1A показан первый схематический боковой вид устройства для получения газовых пузырьков в жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления;in fig. 1A is a first schematic side view of an apparatus for producing gas bubbles in a liquid according to one embodiment;

на фиг. 1B показан второй схематический боковой вид устройства для получения газовых пузырьков в жидкости в соответствии с одним вариантом осуществления;in fig. 1B is a second schematic side view of an apparatus for producing gas bubbles in a liquid according to one embodiment;

на фиг. 2A показан первый схематический боковой вид разделителя, применяемого в устройстве для получения газовых пузырьков в жидкости;in fig. 2A is a first schematic side view of a separator used in a device for producing gas bubbles in a liquid;

на фиг. 2B показан второй схематический вид разделителя, применяемого в устройстве для получения газовых пузырьков в жидкости;in fig. 2B shows a second schematic view of a separator used in a device for producing gas bubbles in a liquid;

на фиг. 2C показан третий схематический вид разделителя, применяемого в устройстве для получения газовых пузырьков в жидкости;in fig. 2C is a third schematic view of a separator used in a device for producing gas bubbles in a liquid;

на фиг. 3A показан схематический вид концевого элемента полого вала с устройством подачи воздуха и приводом;in fig. 3A is a schematic view of a hollow shaft end member with air supply and drive;

на фиг. 3B показан схематический вид первого варианта расположения привода для устройства (в закрытой версии);in fig. 3B is a schematic view of a first drive arrangement for the device (in a closed version);

на фиг. 3C показан схематический вид второго варианта расположения привода для устройства (в открытой версии);in fig. 3C is a schematic view of a second drive arrangement for the device (open version);

на фиг. 4 показан схематический боковой вид установки для очищения жидкости, содержащей устройство для получения газовых пузырьков.in fig. 4 is a schematic side view of a liquid purification plant containing a device for producing gas bubbles.

Общая конструкция первого варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению для получения газовых пузырьков показана на фиг. 1A.The general construction of the first embodiment of the device according to the present invention for producing gas bubbles is shown in FIG. 1A.

Боковой вид на фиг. 1A содержит устройство 1 с подводящим трубопроводом 2 для подвода сжатого газа, полый вал 3, а также аэрационные диски 4 и разделители 5, расположенные поочередно на полом валу 3. Сжатый газ вводится посредством полого вала 3 в разделители 5 и далее в аэрационные диски 4.The side view in Fig. 1A contains a device 1 with a supply pipeline 2 for supplying compressed gas, a hollow shaft 3, as well as aeration discs 4 and separators 5 located alternately on the hollow shaft 3. The compressed gas is introduced through the hollow shaft 3 into the separators 5 and further into the aeration discs 4.

В показанном на фиг. 1A варианте осуществления на полом валу расположено несколько круглых аэрационных дисков из керамического материала. Керамические диски состоят из оксида алюминия, имеют внешний диаметр 152 мм и внутренний диаметр 25,5 мм. Поверхность мембраны составляет 0,036 м², и размер пор аэрационных дисков находится в пределах 2 мкм. Газ вводится из полого вала 3 в полость керамического диска 4 и проникает из внутреннего пространства полости через поры керамического материала в жидкость, которая подлежит очищению, которая находится вокруг и вверху полого вала, снабженного аэрационными дисками, с образованием микропузырьков с размером пузырьков от 45 до 50 мкм. Аэрационные диски 4 расположены на полом валу с помощью креплений из нержавеющей стали или синтетического материала. Расстояние между аэрационными дисками соответствует толщине разделителей 5.In the shown in FIG. 1A of the embodiment, several circular aeration discs of ceramic material are arranged on the hollow shaft. The ceramic discs are made of aluminum oxide and have an outer diameter of 152mm and an inner diameter of 25.5mm. The membrane surface is 0.036 m ² and the pore size of the aeration disks is within 2 µm. The gas is introduced from the hollow shaft 3 into the cavity of the ceramic disk 4 and penetrates from the internal space of the cavity through the pores of the ceramic material into the liquid to be purified, which is around and at the top of the hollow shaft equipped with aeration disks, with the formation of microbubbles with a bubble size of 45 to 50 µm. The 4 aeration discs are located on the hollow shaft with stainless steel or synthetic material fasteners. The distance between the aeration discs corresponds to the thickness of the dividers 5.

Вместе с подводящим трубопроводом 2 для газа на том же концевом элементе вала предусмотрено подходящее устройство 6 для приведения полого вала в движение. Это устройство может быть предусмотрено в виде мотора, который передает соответствующее вращательное движение посредством нескольких передач на полый вал.Together with the gas supply line 2, a suitable device 6 for driving the hollow shaft is provided on the same shaft end. This device can be provided in the form of a motor which transmits the corresponding rotational movement by means of several gears to a hollow shaft.

Показанный на фиг. 1B вариант осуществления изображает конструкцию полого вала 3 и расположение разделителей 5 и аэрационных дисков 4 на полом валу 3.Shown in FIG. The 1B embodiment shows the construction of the hollow shaft 3 and the arrangement of the spacers 5 and the aeration discs 4 on the hollow shaft 3.

Аэрационные диски 4 и разделители 5 поочередно расположены на полом валу 3 в герметичном контакте. Герметичный контакт обеспечивается благодаря специальной конструкции разделителя 5 (см. также фиг. 2A–C). Газ попадает по подводящему трубопроводу 2 в полый вал 3, оттуда вводится в разделитель 5 и оттуда – в аэрационные диски. Таким образом, керамические аэрационные диски 4 обеспечиваются газом, и достигается равномерное производство пузырьков в среде, в которую необходимо подавать газ. Полый вал 3 может быть изготовлен из металлических, а также неметаллических материалов.Aeration disks 4 and separators 5 are alternately located on the hollow shaft 3 in tight contact. The tight contact is ensured by the special design of the spacer 5 (see also Figs. 2A-C). The gas enters through the supply pipeline 2 into the hollow shaft 3, from there it is introduced into the separator 5 and from there into the aeration discs. In this way, the ceramic aeration discs 4 are provided with gas, and uniform bubble production is achieved in the medium to which the gas is to be supplied. The hollow shaft 3 can be made of metallic as well as non-metallic materials.

Разделители детализировано показаны на фиг. 2A–2C. Каждый из разделителей 5 имеет центрированное отверстие (O) с диаметром dO для вмещения полого вала и по меньшей мере две или три, в частности, круглые камеры (K1, K2, K3) с диаметрами dK1, dK2, dK3 соответственно. В случае варианта осуществления, показанного на фиг. 2A–C, каждый из диаметров dK1, dK2, dK3 и dO составляет 35 мм. Эти значения, однако, являются вариабельными и зависят от общего размера устройства.The separators are shown in detail in Fig. 2A–2C. Each of the separators 5 has a centered hole (O) with a diameter dO to accommodate a hollow shaft and at least two or three, in particular round chambers (K1, K2, K3) with diameters dK1, dK2, dK3, respectively. In the case of the embodiment shown in FIG. 2A-C, the diameters dK1, dK2, dK3 and dO are each 35 mm. These values, however, are variable and depend on the overall size of the device.

Радиусы центрированного отверстия (O) и радиусы двух или трех круглых камер (K1, K2, K3) совпадают или перекрываются, так что центрированное отверстие (O) и две или три камеры (K1, K2, K3) находятся по меньшей мере в области 5b совпадения в открытом сообщении друг с другом. Открытое сообщение центрированного отверстия и камер обеспечивает поступление сжатого газа из полого вала, соответственно, в по меньшей мере одну из камер K1, K2, K3 разделителя 5. Затем газ может далее из одной из камер K1, K2, K3 разделителя 5 входить в аэрационные диски 4.The radii of the centered hole (O) and the radii of the two or three circular chambers (K1, K2, K3) coincide or overlap so that the centered hole (O) and the two or three chambers (K1, K2, K3) are at least in region 5b matches in an open message with each other. The open communication of the centered hole and the chambers ensures that the compressed gas flows from the hollow shaft, respectively, into at least one of the chambers K1, K2, K3 of the separator 5. Then the gas can further enter the aeration discs from one of the chambers K1, K2, K3 of the separator 5 four.

В вариантах осуществления фиг. 2A–2C один разделитель 5 с внешним диаметром dA_{внешний} на своих круглых сторонах содержит выступ 5a с диаметром dA_{выступа}, при этом dA_{выступа} является меньшим, чем dA_{внешний}.In the embodiments of FIG. 2A-2C, one spacer 5 with _outside diameter dA has on its round sides a protrusion 5a with _protrusion diameter dA , wherein dA of the _protrusion is smaller than dA _external .

Центрирующий выступ 5a разделителя служит для вмещения или приведения в контакт с аэрационным диском 4. Герметичный контакт между разделителем 5 и аэрационным диском 4 осуществляется посредством наложения аэрационного диска 4 на выступ 5a разделителя 5 и создания уплотнения между аэрационным диском и разделителем (на внешнем радиусе разделителей).The centering ledge 5a of the divider is used to accommodate or bring into contact with the aeration disc 4. The tight contact between the divider 5 and the aeration disc 4 is carried out by applying the aeration disc 4 to the ledge 5a of the divider 5 and creating a seal between the aeration disc and the divider (at the outer radius of the dividers) .

Аэрационный диск 4 представлен в виде кольца, имеющего внутреннюю окружность с внутренним диаметром dB_{внутренний} и внешнюю окружность с внешним диаметром dB_{внешний}, при этом внутренний диаметр dB_{внутренний} аэрационного диска соответствует диаметру dA_{выступа} (центрирующего) выступа разделителя (см. фиг. 2C).The aeration disc 4 is presented in the form of a ring having an inner circle with an inner diameter dB _inner and an outer circle with an outer diameter dB _outer , while the inner diameter dB _{of the inner} aeration disc corresponds to the diameter dA of the _protrusion (centering) protrusion of the separator (see Fig. 2C).

Вдоль внутренней окружности аэрационного диска предусмотрены равномерно распределенные отверстия 4a для газа (см. фиг. 2C).Along the inner circumference of the aeration disc, evenly distributed gas holes 4a are provided (see Fig. 2C).

Введение газа из камеры K1, K2, K3 разделителя в аэрационный диск 4 проистекает из того обстоятельства, что каждый аэрационный диск 4 расположен между двумя разделителями 5. Газ направляется из наполненной газом камеры разделителя в промежуточное пространство между двумя разделителями, при этом промежуточное пространство аэрационного диска является заполненным, и далее из этого промежуточного пространства направляется в аэрационный диск через подходящие отверстия для подачи газа или подвода газа в аэрационном диске.The introduction of gas from the separator chamber K1, K2, K3 into the aeration disc 4 results from the fact that each aeration disc 4 is located between two separators 5. is filled, and then from this intermediate space is directed to the aeration disk through suitable gas supply or gas supply holes in the aeration disk.

На фиг. 3A показан концевой элемент вала, где комбинированно представлены устройство 2 подачи воздуха и привод 6. Привод 6 для вращательного движения вала может непосредственно находиться на валу, но может также приводиться в действие посредством различных механических изменений направлений силы, например посредством конической зубчатой передачи, понижающей передачи под углом 90°. Таким образом, привод 6 вала может находиться, с одной стороны, в среде, в которую необходимо подавать газ, но, с другой стороны, также вне среды, в которую необходимо подать газ. Привод 6 может быть представлен всеми известными типами приводов (например, электрическим/использующим гидравлическую энергию/использующим атмосферное давление).In FIG. 3A shows a shaft end where air supply 2 and drive 6 are combined. Drive 6 for rotational movement of the shaft may be directly on the shaft, but may also be driven by various mechanical changes in direction of force, e.g. bevel gear, reduction gear at an angle of 90°. Thus, the shaft drive 6 can be located, on the one hand, in the medium into which the gas is to be supplied, but, on the other hand, also outside the medium into which the gas is to be supplied. The drive 6 can be represented by all known types of drives (eg electric/hydraulic/atmospheric).

Вал 3 расположен по меньшей мере на двух позициях, при этом можно применять различные типы роликовых подшипников, например, шариковые подшипники, радиальные шариковые подшипники, игольчатые подшипники, цилиндрические подшипники, подшипники скольжения.The shaft 3 is located in at least two positions, and various types of roller bearings can be used, such as ball bearings, deep groove ball bearings, needle bearings, cylindrical bearings, plain bearings.

Подача 2 газа во вращающийся вал должна осуществляться с помощью по меньшей мере одного уплотнителя. Он может размещаться как внутри, так и вне среды, в которую необходимо подавать газ.The gas supply 2 to the rotating shaft must be carried out using at least one seal. It can be placed both inside and outside the environment to which the gas must be supplied.

Уплотнение концевого элемента вала с первым аэрационным диском или с первым разделителем происходит через уплотнительное кольцо. При этом канавка под уплотнительное кольцо может прорезаться в концевой элемент вала.The sealing of the shaft end with the first aeration disc or with the first spacer takes place via an O-ring. In this way, the O-ring groove can be cut into the shaft end piece.

На фиг. 3B показан первый вариант (в закрытой версии) для расположения привода 6 (мотора) устройства 1. Привод 6 в данном случае находится снаружи резервуара или контейнера, в который устройство 1 погружено и в котором его применяют. Передача осуществляется посредством вращающегося коллектора на стенке контейнера.In FIG. 3B shows a first variant (in a closed version) for the location of the drive 6 (motor) of the device 1. The drive 6 in this case is located outside the tank or container in which the device 1 is immersed and used. The transfer is carried out by means of a rotating collector on the container wall.

На фиг. 3C показан второй вариант (в открытой версии) для расположения привода 6 (мотора) устройства 1. В данном случае привод 6 находится внутри резервуара или контейнера, в который устройство 1 погружено и в котором его применяют. Эти варианты осуществления позволяют осуществить простую интеграцию устройства в существующие системы, поскольку нет необходимости сверлить отверстия в стенке контейнера.In FIG. 3C shows a second option (in an open version) for the location of the drive 6 (motor) of the device 1. In this case, the drive 6 is located inside the tank or container in which the device 1 is immersed and in which it is used. These embodiments allow the device to be easily integrated into existing systems since there is no need to drill holes in the container wall.

На фиг. 4, в свою очередь, показано схематическое изображение установки 20 для очищения жидкости, в частности воды, которая содержит по меньшей мере один из вышеизложенных вариантов осуществления устройства для получения газовых пузырьков. На боковом виде установки 20 на фиг. 4 показан коагуляционный блок 10, в который подают воду, которая подлежит очищению, и коагулянт. После смешивания воды, которая подлежит очищению, с коагулянтом, например, путем применения импеллера смесь из коагуляционного блока 10 вводится через перегородку в дальнейший отдельный участок или контейнер 20, в котором предусмотрен по меньшей мере один полый вал 20a с четырьмя аэрационными дисками в соответствии с вариантом осуществления по фиг. 1.In FIG. 4, in turn, shows a schematic representation of a device 20 for purifying a liquid, in particular water, which contains at least one of the above embodiments of a device for producing gas bubbles. In the side view of the installation 20 in FIG. 4 shows a coagulation unit 10 into which water to be purified and a coagulant are supplied. After mixing the water to be purified with the coagulant, for example by using an impeller, the mixture from the coagulation unit 10 is introduced through a baffle into a further separate section or container 20, in which at least one hollow shaft 20a is provided with four aeration discs in accordance with the variant the implementation of FIG. 1.

В представленном экспериментальном способе применяют загрязненную воду, которая перемешана с гуминовыми веществами. Общее количество органических веществ в загрязненной воде в данном случае симулирует гуминовые вещества, которые в природе также возникают вследствие естественного биологического разложения. Для коагулирования содержащихся в воде гуминовых веществ предложены, прежде всего, железо- и алюминийсодержащие вещества, содержащие трехвалентные ионы, в качестве осаждающего средства. В представленном случае раствор FeCl₃ применяют в качестве коагулирующего средства. После добавления коагулирующего средства путем применения статического смешивающего устройства в коагуляционном блоке 10 осуществляется коагулирование гуминовых кислот, содержащихся в загрязненной воде, посредством коагулянта FeCl₃.In the presented experimental method, contaminated water is used, which is mixed with humic substances. The total amount of organic substances in polluted water in this case simulates humic substances, which also occur in nature due to natural biological decomposition. For the coagulation of humic substances contained in water, iron- and aluminum-containing substances containing trivalent ions are primarily proposed as a precipitating agent. In the present case, a solution of FeCl ₃ is used as a coagulating agent. After the addition of the coagulating agent, by using a static mixing device in the coagulation unit 10, the humic acids contained in the contaminated water are coagulated with the FeCl ₃ coagulant.

Загрязненная вода, перемешанная с FeCl₃, вводится после этого из коагуляционного блока 10 в аэрационное устройство, состоящее из контейнера 20, который содержит полый вал с четырьмя аэрационными дисками, с объемным расходом, составляющим 400–700 л/ч.The contaminated water mixed with FeCl ₃ is then introduced from the coagulation unit 10 into an aeration device consisting of a container 20, which contains a hollow shaft with four aeration discs, with a volume flow of 400-700 l/h.

Посредством аэрационного устройства 20a согласно настоящему изобретению в контейнер 20 осуществляется впуск воздуха, причем это приводит к образованию микропузырьков непосредственно в введенной воде, перемешанной с коагулянтом. Аэрационные диски или аэрационные пластины аэрационного устройства вращаются равнонаправленно со скоростью вращения 180 об/мин, при этом возникает смещение фаз, составляющее 180°. Образованные микропузырьки соединяются с коагулянтами с образованием агломератов воздушных пузырьков и коагулянтов, которые в дальнейшем вводятся в предусмотренную вниз по потоку флотационную камеру 30. Благодаря осаждению микропузырьков на подвергнутые коагулированию органические компоненты соответствующие образованные агломераты поднимаются во флотационной камере в направлении поверхности жидкости, которая находится во флотационной камере 30, и образуют на поверхности воды слой твердого вещества, который отделяется механически, например путем применения скребков. Под этим слоем твердого вещества находится предварительно очищенная вода во флотационной камере 30. Предварительно очищенная таким образом вода перегоняется путем применения подходящего насоса через фильтрационный блок 40, расположенный во флотационной камере 30, и предоставляется в качестве очищенной воды для дальнейшей обработки, как, например, для дальнейших процессов обессоливания. Чтобы избежать загрязнения поверхности фильтрационного блока 40, воздух может непосредственно направляться на поверхность фильтрационного блока 40 посредством снабженных отверстиями шлангов или труб, благодаря чему обеспечивается механическое удаление осаждений на поверхности фильтрационного блока 40.By means of the aeration device 20a according to the present invention, air is introduced into the container 20, and this leads to the formation of microbubbles directly in the introduced water mixed with the coagulant. The aeration discs or aeration plates of the aeration device rotate in the same direction at a rotation speed of 180 rpm, resulting in a phase shift of 180°. The microbubbles formed combine with the coagulants to form agglomerates of air bubbles and coagulants, which are subsequently introduced into the downstream flotation cell 30. Due to the deposition of the microbubbles on the coagulated organic components, the corresponding formed agglomerates rise in the flotation cell towards the surface of the liquid which is in the flotation cell. chamber 30 and form a layer of solid matter on the surface of the water, which is separated mechanically, for example by the use of scrapers. Beneath this layer of solids is the pre-treated water in the flotation cell 30. The water thus pre-treated is distilled by the use of a suitable pump through the filtration unit 40 located in the flotation cell 30 and provided as purified water for further processing, such as for further desalination processes. In order to avoid contamination of the surface of the filtration block 40, air can be directed directly to the surface of the filtration block 40 through perforated hoses or pipes, thereby mechanically removing deposits on the surface of the filtration block 40.

Claims

1. A device (1) for producing gas bubbles in a liquid in a container, comprising:

- at least one rotating gas-permeable hollow shaft (3) located in at least one container,

- aeration discs (4) located on at least one hollow shaft (3) and separators (5) located between the aeration discs (4), while the aeration discs (4) and separators (5) are located alternately on the hollow shaft (3) in sealed contact with each other,

- at least one supply pipeline (2) for at least one compressed gas, passing into the interior of at least one rotating hollow shaft (3),

different in that

each of the separators (5) contains at least one centered hole (O) to accommodate the hollow shaft (3) and at least two chambers (K1, K2),

wherein at least two chambers (K1, K2) are located around the centered hole (O) and equidistant from it,

while the centered hole (O) and at least two chambers (K1, K2) at least partially coincide,

wherein the centered hole (O) and at least two chambers (K1, K2) are at least in the coincidence area in open communication with each other, so that the compressed gas from the hollow shaft (3) can enter respectively into at least one from the chambers (K1, K2) of the separator (5) and can enter from at least one chamber (K1, K2) of the separator (5) into the aeration discs (4).

2. The device according to claim 1, characterized in that at least one hollow shaft (3) in at least one container is located horizontally.

3. A device according to any one of the preceding claims, characterized in that the aeration discs (4) are round and arranged vertically with respect to the hollow shaft on at least one hollow shaft (3).

4. A device according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the dividers (5) are round.

5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the separator (5) contains at least three circular chambers (K1, K2, K3), while at least three chambers (K1, K2, K3) are located around a centered hole (O) and equidistant from it.

6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the geometric characteristics, in particular the diameters of each of the separator chambers (5), are the same.

7. The device according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one spacer (5) with an external _outer diameter dA on at least one of its round sides contains a protrusion (5a) with a _protrusion diameter dA , while the _protrusion dA is less than dA _external .

8. Device according to claim 7, characterized in that at least one protrusion (5a) of the spacer (5) serves to receive/overlap the aeration disc (4).

9. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the aeration disc (4) is presented in the form of a ring having an inner circle with an inner diameter dB _inner and an outer circle with an outer diameter dB _outer , while the inner diameter dB _inner aeration disc ( 4) corresponds to the diameter dA of the _protrusion (centering) protrusion (5a) of the spacer with tolerance.

10. A device according to any one of the preceding claims, characterized in that the aeration disk (4) contains evenly distributed gas holes along the inner circumference.

11. Device according to any of the preceding claims, characterized in that the aeration discs (4) are ceramic aeration discs with an average pore size of 0.05 µm to 20 µm, preferably 0.1 µm to 10 µm, particularly preferably 2 µm up to 5 microns.

12. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that on at least one rotating hollow shaft there are from 2 to 100, preferably from 10 to 50, particularly preferably from 15 to 30 aeration discs and spacers.

13. A device according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one supply line (2) for compressed gas passing into the hollow shaft and at least one drive for rotating the hollow shaft are provided on one end element of the shaft or on different end elements of the shaft.

14. A method for producing gas bubbles in a liquid in a container by using at least one device according to any one of claims 1 to 13, wherein the method includes the following steps:

- introduction of compressed gas into at least one inlet pipeline (2), while the compressed gas is fed directly without a carrier liquid into the inlet pipeline (2);

- introduction of compressed gas into the interior of at least one horizontally located rotating hollow shaft (3), while at least one hollow shaft (3) rotates at a rotation speed of 50 to 400 rpm,

- supply of compressed gas through separators (5) and aeration disks (4) located vertically on a horizontal rotating hollow shaft (3) into the liquid to obtain gas bubbles.

15. Method according to claim 14, characterized in that at least one hollow shaft (3) rotates at a rotation speed of 100 to 300 rpm, preferably 180 to 220 rpm.

16. Method according to claim 14 or 15, characterized in that the bubbles produced in the liquid have a bubble size of 1 µm to 200 µm, preferably 20 µm to 80 µm, particularly preferably 45 µm to 50 µm.