Багатоступенева установка флотаційного очищення води

Винахід відноситься до систем очищення води і може бути використаним для очищення стічних вод з високою концентрацією забруднень, зокрема, очищення масло- і нафтовміщуючи х стічних вод на нафтоперероблюючих і нафтовидобуваючи х комплексах, в енергетиці, в харчовій промисловості тощо. Серед існуючих на сьогоднішній день методів очищення природних і стічних вод від різноманітних забруднень і небажаних включень (масел, нафти, промислових відходів, різного роду зависей тощо) флотація посідає одне з провідних місць. В технології водоочищення широкого розповсюдження одержала так звана напорна флотація, яка на практиці реалізується за допомогою установок, в основу роботи яких закладені чотири технологічні схеми насичення повітрям очищуваної води: - прямоточна з насиченням повітрям всього потоку очищуваної води; - прямоточна з насиченням повітрям частини потоку очищуваної води; - циркуляційна з насиченням повітрям частини потоку очищеної води; - прямоточна з насиченням повітрям робочої рідини - розчинів реагентів [Б.В. Дерюгин, С.С. Дукин и др. "Микрофлотация. Водоочистка, обогащение". М., 1986, с.77]. Основними складовими конструктивними елементами перелічених установок є флотаційна камера, центробіжний насос, сатуратор, редукційний клапан та трубопроводи, які забезпечують підведення та відведення очищуваної води. При надходженні пересиченої води до флотореакторів надлишкове повітря при зменшенні тиску виділяється, утворюючи дрібні бульбашки (10-80мкм), за допомогою яких флотуються найбільш дисперговані нафтопродукти. Головним недоліком напорної флотації є наявність межі насичення води розчиненим повітрям і відсутність бульбашок розміром більше 80мкм, що є причиною її низької ефективності, особливо при очищенні дуже забруднених вод (більше 30мг/дм 3). Для усунення цього недоліку установки додатково оснащують ежекторами, які здійснюють ежектування повітря у вже попередньо насичену розчиненим газом воду [А.с. №715496, МПК7: C02C 5/00, B03D 1/00, опубл. в Бюл. №6, 1980р.]. Цей прийом створює умови для підвищення насиченості очищуваної води повітрям, але в той же час потребує додаткових засобів диспергування введеного за допомогою ежектора повітря. Одним з найефективніших способів примусового насичення води повітрям є струменева аерація - аерація рідини, яка здійснюється шляхом проникнення через неї вільного струменя, утвореного цією ж рідиною, що підлягає аерації. Ефективне проведення аерації зумовлено захвачуванням струменем води досить великого об'єму повітря, яке у водному середовищі диспергується, утворюючи бульбашки розміром 100-1000мкм. Недоліком цього способу є відсутність бульбашок розміром менше 100мкм, які здатні "захвачувати" найдрібніші часточки речовин, що забруднюють воду. В а.с. №814878 (МПК7: С02F 1/24, опубл. в Бюл. №11, 1981р.) описана установка очищування води, до складу якої входять дві флотаційні камери, насос, напірний бак та додатковий ежектор. В першій флотаційній камері здійснюється розділення суміші під атмосферним тиском і видалення більших за розмірами часток забруднень більшими повітряними бульбашками. Після цього вода, очищена в першій камері, надходить до другої камери, куди одночасно відбирають і направляють частину очищеної рециркулюючої води без додаткового ежектування в неї повітря. В другій камері відбувається завершувальне розділення суміші під атмосферним тиском і видалення мілких часточок забруднень мілкими бульбашками повітря. Ця установка має досить складне конструктивне виконання, особливо це стосується контуру рециркуляції і регулювання розприділення потоків пересиченої повітрям води. Наявність в установці двох камер і додаткового ежектору ускладнює як технологічний процес, так і саму установку. Відомий багатоступеневий флотатор зі струменевою аерацією, в якому аеруюча вода під тиском надходить до сопла, звідки витікає з великою швидкістю і попадає в заглиблену у воду на 0,01-0,03м соплову насадку, а потім - до камери флотореактора. [Б.С. Ксенофонтов, "Очистка сточных вод. Фло тация и сгущение осадков", М., 1992, с.45]. При цьому стр умені води захвачують більшу кількість повітря, яке під дією середовища диспергується на дрібні бульбашки. Струменева аерація дозволяє насичувати очищувану воду повітряними бульбашками розмірами від 100 до 1000мкм. Недоліком цього флотатора є відсутність бульбашок розміром менше 100мкм, що суттєво знижує глибину очищення при наявності у воді мілкодисперсних домішок нафтопродуктів. Крім цього, незначна глибина проникнення водно-повітряного струменя (0,5-0,6мм) призводить до необхідності зниження висоти флотатора і, як наслідок, його продуктивності. За прототип винаходу прийнята багатоступенева установка флотаційного очищення води, яка містить, щонайменше, два флотореактори і два флоторозділювачі, з'єднані послідовно по потоку очищуваної води, насос рециркуляції, всмоктуючий трубопровід якого з'єднаний з секцією очищеної води, а напірний трубопровід через відводи з'єднаний з флотореакторами кожної ступені, ежектор подавання повітря, розміщений між всмоктуючим і напірним трубопроводами насоса рециркуляції, тр убопровід підведення очищуваної та трубопровід відведення очищеної води [Б.В. Дерюгин, С.С.Дукин и др. "Микрофлотация. Водоочистка, обогащение". М., 1986, с.82]. В цій установці (флотаторі) вода, насичена повітрям за допомогою ежектора, надходить до напірного бакасатуратора, в якому здійснюється розчинення повітря, і, крім цього, сепарація великих нерозчинених бульбашок, що призводить до їх виділення у верхній зоні сатуратора. Відділення бульбашок великого розміру (більше 1мм) є необхідним, тому що їх незначна ефективність і висока швидкість спливання призводить до руйнування флотопіни у флотаторі. При надходженні пересиченої води до флотореакторів надлишкове повітря при зменшенні тиску виділяється, утворюючи дрібні бульбашки (1080мкм), за допомогою яких флотуються найбільш дисперговані нафтопродукти. Недоліком цього пристрою є складність налагодження режиму флотації, яка виражається в необхідності точного регулювання кількості повітря, яке подається ежектором, і спускання надлишкового повітря з сатуратора. Наступним недоліком пристрою (як вже зазначено) є наявність межі насичення води розчиненим повітрям, що є причиною низької ефективності таких пристроїв, особливо при очищенні дуже забруднених вод (більше 30мг/дм 3), що визначається обмеженим діапазоном розмірів флотуючи х бульбашок. В основу винаходу поставлена задача спрощення конструкції, збільшення глибини очищення стічних вод та підвищення продуктивності роботи багатоступеневої установки флотаційного очищення води шляхом удосконалення її конструктивного виконання, зокрема, оснащення двокамерними струменевими аераторами, які додатково підсмоктують і диспергують повітря, вибору оптимального варіанту просторового розміщення аераторів та розмірів основних конструктивних вузлів установки, що забезпечує можливість введення до флотатора додаткової маси диспергованого повітря без застосування будь-яких додаткових диспергуючи х пристроїв, розширення діапазону розмірів флотуючи х бульбашок в межах від 10 до 1000мкм, збільшення глибини флотатора, і тим самим підвищення його продуктивності та глибини очищення забрудненої води. Поставлена задача досягається за рахунок того, що в багатоступеневій установці флотаційного очищення води, яка містить, щонайменше, два флотореактори і два флоторозділювачі, з'єднані послідовно по потоку очищуваної води, насос рециркуляції, всмоктуючий трубопровід якого з'єднаний з секцією очищеної води, а напірний трубопровід через відводи з'єднаний з флотореакторами кожної ступені, ежектор подавання повітря, розміщений між всмоктуючим і напірним трубопроводами насоса рециркуляції, трубопровід підведення очищуваної та тр убопровід відведення очищеної води, згідно до винаходу, відводи тр убопроводу насоса рециркуляції оснащені двокамерними струменевими аераторами, з'єднаними з повітряними редукторами, причому двокамерні струменеві аератори встановлені в нижній частині флотореакторів, а об'єм секцій флоторозділювачів в 4-5 разів перевищує об'єм секцій флотореакторів. Ознаки, які відрізняють запропоновану очисну установку від ознак подібних пристроїв, описаних згідно відомого рівня техніки, обумовлюють досягнення зазначеного вище технічного результату. Так, подавання вже насиченої повітрям води до флотореакторів через двокамерні струменеві аератори забезпечує додаткове ежектування повітря в об'ємі очищуваної води і інтенсифікує процес насичення її повітряними бульбашками без необхідності застосування будь-яких додаткових засобів диспергування. Конструкція двокамерного струменевого аератора передбачає можливість підсмоктування повітря при проходженні через його отвір струменя води. Це призводить до утворення водно-повітряної суміші по периферії струменя, а газонаповнена повітряна камера аератора, яка розміщена над його вихідними отворами, забезпечує високий ступінь рівномірності потоків з отворів першої камери (колектору) аератора. Крім того, двокамерний струменевий аератор завдяки особливостям свого конструктивного виконання забезпечує варіювання в широких межах вмісту повітря в пульпі та розмірів бульбашок, що дозволяє створювати в об'ємі очищуваної води рівномірні потоки водно-повітряної суміші із заданим вмістом повітря і заданими розмірами бульбашок. Таким чином, надходження вже насиченої повітрям води (насичення здійснюється за допомогою контура рециркуляції, до складу якого входить ежектор) до двокамерних стр уменевих аераторів, які, в свою чергу, додатково підсмоктують та диспергують повітря, дозволяє ввести в установку флотаційного очищення необхідну кількість диспергованого повітря і розширити діапазон флотуючи х бульбашок в межах 10-1000мкм. Запропонований варіант конструктивного облаштування установки забезпечує досягнення результату, альтернативного тому, який має місце у флотаторі, оснащеному баком-сатуратором (прототип), але без останнього. Відсутність сатуратора суттєво спрощує установку, знижує її матеріалоємність і в той же час підвищує продуктивність її роботи. Така установка не потребує встановлення додаткових диспергаторів, якими оснащені відомі флотатори. Двокамерні струменеві аератори генерують направлений вверх потік водно-повітряної емульсії, який спрямований назустріч потоку очищуваної води. Ця обставина обумовлює можливість збільшення глибини флотатора і встановлення аераторів в нижній частині флотореакторів без ризику зниження ефективності процесу очищення. Навпаки, збільшення глибини флотатора (а, значить, і його об'єму) призведе до підвищення глибини очищення забрудненої води і продуктивності роботи установки. Для підвищення кількості розчиненого повітря в об'ємі очищуваної води в запропонованому варіанті виконання установки діаметр напірного трубопроводу насоса рециркуляції збільшений так, що забезпечує швидкість потоку насиченої повітрям води в межах 0,25-0,4м/с. Перевищення об'єму секцій флоторозділювачів в 4-5 разів по відношенню до об'єму секцій флотореакторів створює умови для зниження швидкості потоку і спливання повітряних бульбашок з уловленими найбільш диспергованими часточками забруднень. Зменшувати або збільшувати передбачене запропонованим технічним рішенням співвідношення об'ємів секцій недоцільно, тому що саме за умови, коли об'єм секцій флоторозділювачів в 4-5 разів перевищує об'єм секцій флотореакторів знижується швидкість потоку і забезпечується спливання найменших повітряних бульбашок. При зменшенні цього співвідношення можливе надходження нафтопродуктів, уловлених найменшими бульбашками, до наступної секції флотації (і секції очищеної води), що призведе до пониження глибини очищування. Збільшення цього співвідношення призведе до додаткових витрат на створення пристрою без збільшення його продуктивності. Суть запропонованої багатоступеневої установки для очищення води пояснює креслення. Установка оснащена горизонтальним баком 1, який розділений перегородками 2 на ряд послідовно встановлених по потоку очищуваної води секцій 3, 4, 5, 6 і 7. У верхній частині секції 3 розміщений розподільчий пристрій 8, через який подається вода, що підлягає очищенню. Насичення води повітрям відбувається в контурі рециркуляції очищеної води, який містить насос 9, всмоктуючий трубопровід 10 якого встановлений в секції очищеної води. Напірний трубопровід 11 і всмоктуючий трубопровід 10 насоса з'єднані байпасом 12, в якому встановлений струменевий ежектор 13. Відводи 14 оснащені двокамерними струменевими аераторами 15, які додатково підсмоктують повітря через повітряні редуктори 16. Секції 3 і 5, в яких встановлені (занурені) двокамерні струменеві аератори 15, є флотореакторами, а секції 4, 6 - флоторозділювачами. Надходження до установки води здійснюється через трубопровід підведення очищуваної води 17, а відведення вже очищеної води - через трубопровід 18. Установка працює наступним чином: Забруднена вода трубопроводом 17 подається до верхньої частини секції З через розподільчий пристрій 8, який забезпечує рівномірне розприділення очищуваного потоку по поперечному перерізу секції. Насичення води повітрям відбувається в контурі рециркуляції очищеної води. В напірний трубопровід 11 разом з водою надходить дисперговане повітря, частина якого під дією тиску в трубопроводі розчинюється у воді. Для збільшення кількості розчиненого повітря переріз напірного трубопроводу збільшений. Відводами 14 водно-повітряна суміш подається до двокамерних струменевих аераторів 15, за допомогою яких диспергується нерозчинене і додатково підсмоктуване через повітряні редуктори 16 повітря. Таким чином, очищувана вода насичується виділеними з пересиченого розчину бульбашками повітря розміром 10-80мкм і диспергованими струменевими аераторами бульбашками розміром 50-1000мкм. В секціях 3 і 5, в яких встановлені двокамерні струменеві аератори 15, завдяки протитечії здійснюється інтенсивне перемішування очищуваної води з водно-повітряною емульсією, утворюваною двокамерними струменевими аераторами 15. У флотореакторах найменш дисперговані домішки нафтопродуктів спливають на поверхні води у вигляді флотопіни. Об'єм, і, відповідно, швидкість потоку у флотореакторі вибирається так, що вода, насичена найдрібнішими повітряними бульбашками, швидкість спливання яких мала, надходить до секцій 4 і 6 (флоторозділювачів). Об'єм секцій флоторозділювачів в 4-5 разів перевищує об'єм флотореакторів, що забезпечує зниження швидкості потоку і спливання бульбашок з уловленими найбільш диспергованими нафтопродуктами. Очищена вода відводиться з секції 7 через трубопровід 18. Застосування для додаткової аерації води двокамерних струменевих аераторів дозволяє ввести більше 10% повітря від витрат води без застосування додаткових засобів для його диспергування.