Спосіб видалення забруднень з водних потоків шляхом впорскування кисню до басейна флотації

Реферат: Кисень впорскують до басейна флотації відповідно до способу видалення забруднювальних речовин з водних потоків, у якому шляхом швидкого вмішування вводять флокулянт або коагулянт (1) до ділянки водного потоку, який піддають очищенню, внаслідок чого у водному потоку нижче за течією утворюється басейн флокуляції, у якому суспендовані частки агрегуються і утворюють більші пластівці. У способі впорскування кисню зазначені агреговані, розташовані нижче за течією частки збільшеного розміру та щільності піддають принаймні одній стадії розчинення та впорскування кисню. Кисень беруть від установок (5) концентрування UA 108644 C2 (12) UA 108644 C2 кисню і подають до установок розчинення змішувачами (3) під тиском з утворенням воднокисневої суміші для впорскування до ділянок (6) водного потоку, змушуючи зазначені агреговані частки спливати. Нижче за течією від місця впорскування у водному потоку утворюється басейн флотації, і агломерований і плаваючий матеріал, який з'являється нижче за течією на поверхні та на границі водного потоку, може бути видалений з поверхні водного потоку шляхом зіскоблювання. UA 108644 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цей винахід стосується впорскування кисню, розчиненого у воді, до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин з водних потоків, які були забруднені або зливанням до них неочищених скидів, або сміттям, занесеним дощем та/або присутнім на станціях водопідготування, та/або очисних спорудах за допомогою флотаційних установок, у які подають кисень у високих концентраціях – від 50 до 95 % - у залежності від потреби. Добре відомо, що водні потоки у великих містах дуже швидко погіршуються, що негативно впливає на природне середовище навколо таких міст і розповсюджується на потоки, що знаходяться на великих відстанях нижче за течією від великих міст. Це явище спричинюється утворенням, розвитком та демографічним зростанням, що створює та загострює санітарні проблеми, з якими набагато легше впоратися у невеликих містах шляхом втілення єдиної системи очищення або навіть малих колективних систем обробляння. Однак для міст з великим населенням, рішення, призначені для єдиних системах, є неприйнятними, оскільки площ на міських територіях і спроможності санітарних відкладень недостатньо для навантаження, що створюють рідкі та тверді відходи. Надмірне санітарне відкладення такого сміття та стічних вод прямо до водних потоків не дозволяє проявлятися так званому феномену самоочищення, таким чином перетворюючи ріки, озера та водоймища у містах на величезні клоаки. З метою поліпшення санітарних та соціально-економічних умов населення, що страждає від цих проблем, заявник розробив систему, яка шляхом видалення забруднень, присутніх у самих водних потоках, дозволила усунути неприємні явища, пов'язані з естетичними почуттями та смородом, використовувати водні ресурси повторно, створювати та розвивати промисловість, використовувати міські водні потоки як рекреаційні та спортивні зони, захищати природні водні ресурси від надмірного забруднення та підтримувати їх у повністю корисному стані. Розроблена система не задовольняє потреби зі збирання, видалення та обробляння каналізаційних стоків, але уможливлює затримування та видалення відходів, скинутих до водних потоків у місцях обробляння, запобігаючи таким чином погіршенню водних потоків у регіонах, де бракує ефективної стічної колекторної мережі. Система, яку розробив та використовує заявник, складається зі способу видалення забруднень та/або забруднюючих речовин, присутніх у водних потоках, згідно з патентом PI9702430-9 від 07/11/1997, який передбачає, що застосовують флокулянт або коагулянт до ділянки водного потоку, яку піддають оброблянню; утворюють уздовж зазначеного водного потоку басейн флокуляції, так щоб суспендовані частки могли агрегуватися нижче за течією, утворюючи більші пластівці. Впорскування кисню полягає в тому, що зазначені агреговані частки зі збільшеними розмірами та щільністю, розташовані нижче за течією від зазначеної ділянки водного потоку, подають принаймні на одну стадію розчинення та впорскування кисню з установки концентрації, з якої його скеровують до установки розчинення через змішувачі під тиском, створюючи таким чином водно-кисневу суміш, яку впорскують до ділянок водного потоку, змушуючи зазначені агреговані частки спливати; утворюють уздовж зазначеною ділянки водного потоку басейн флотації, так що плаваючий матеріал може агломеруватися нижче за течією, причому вказаний агломерований плаваючий матеріал, присутній нижче за течією на поверхні і біля берегів водного потоку, видаляють зіскоблюванням з поверхні водного потоку. Незважаючи на те, що цей спосіб, відомий як спосіб флотації у водному потоку, може бути застосований із задовільним ефектом, значний об'єм обробленої води доводиться повертати вище за течією точки водного потоку, де визначений басейн флотації, і де здійснюють впорскування повітря шляхом розчинення. Така циркуляція обробленої води повинна виконуватися при великій швидкості, що збільшує собівартість процесу, а також витрати на обладнання та устаткування для здійснення такої рециркуляцію. Відомо, що ефективність впорскування, при використанні тільки навколишнього повітря, яке містить біля 78 % азоту і 21 % кисню, залежить від розчинності кисневої фракції, розчинність якої, у свою чергу, у воді у 2,5 рази більше, ніж азоту. Отже, однією з цілей цього винаходу є здійснення впорскування чистого кисню, концентрованого або змішаного з атмосферним повітрям, розчиненого у зворотній воді, до басейна флотації у способі видалення забруднень, а також суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, та/або на станціях водопідготування, та/або очисних спорудах, що, серед іншого, дозволяє зменшити на 70-80 % об'єм рециркуляційної води вихідного водного потоку й збільшити ефективність водно-кисневої суміші за допомогою змішувачів як функцію більшого розчинення кисню у воді, отже зменшити вартість процесу та устаткування для його 1 UA 108644 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 здійснення і проведення, знижуючи в результаті витрати електроенергії у всьому процесі приблизно на 70 %. Інша мета винаходу полягає у тому, щоб забезпечити впорскування кисню, розчиненого у воді, до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, яке не потребує створення складної схеми рециркуляції частини обробленої води для басейна флотації, куди впорскують водно-кисневу суміш. Ще однією метою винаходу є забезпечення впорскування кисню до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, з низькими витратами на втілення, так щоб уможливити пристосування способу до будь-яких водних потоків, та/або станцій водопідготування, та/або очисних споруд. Подальшою метою винаходу є забезпечення впорскування кисню до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, яке б уможливлювало досягнення значно вищого ступеня видалення забруднень, розчинених у воді, які окислюються при масивній присутності кисню, перетворюються у тверді частки у формі оксидів і видаляються шляхом флотації. Також метою винаходу є забезпечення впорскування кисню до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, втілення якого є легким і швидким і потребує мінімальних змін на місцях установки уздовж водного потоку, та/або на станціях водопідготування, та/або очисних спорудах. Наступною метою винаходу є здійснення впорскування озону до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин у водних потоках, що уможливлює дезінфікування оброблених стоків шляхом перетворення кисню, виробленого у процесі, на озон і розчинення останнього у воді. Ще однією метою винаходу є забезпечення впорскування кисню та майже чистого озону до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, що забезпечує суттєве збільшення ступеня видалення аміачного азоту при масивній присутності кисню та, особливо, майже чистого озону, шляхом його окислення. Далі, метою винаходу є забезпечення впорскування кисню до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, що забезпечує значне зростання ступеня видалення всіх інших забруднень, які впливають на якість води, і впровадження та/або випуск стандартів очищених стоків. Нарешті, метою винаходу є забезпечення впорскування кисню до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, що уможливлює впорскування кисню до будь-якої ділянки водного потоку вище та/або нижче за течією від зазначеної флотаційної установки, для того, щоб окислювати забруднення через утворення часток оксидів і далівидаляти останні після того, уможливлюючи таким чином підтримування придатних рівнів кисню, розчиненого уздовж водного потоку. Ці та інші цілі й переваги цього винаходу досягаються при впорскуванні кисню до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, та/або на станціях водопідготування, та/або очисних спорудах, згідно з яким: швидко вмішують флокулянт або коагулянт (1) у ділянку водного потоку, який піддають очищенню; утворюють уздовж зазначеного водного потоку басейн флокуляції так, щоб суспендовані частки могли агрегуватися нижче за течією з утворенням більших пластівців. Впорскування кисню включає подання агрегованих часток зі збільшеними розмірами та щільністю, розташованих нижче за течією зазначеної ділянки водного потоку на обробляння на принаймні одній стадії розчинення та впорскування кисню від установки концентрації, після якої спрямовують його на розчинювальну установку через змішувачі під тиском, і таким чином утворюють водно-кисневу суміш, яку треба впорскувати до ділянок водного потоку, спричинюють спливання зазначених агрегованих часток; утворюють уздовж зазначеного водного потоку басейн флотації так, щоб матеріал, що спливає, міг агрегуватися нижче за течією, причому зазначений плаваючий і агломерований матеріал, який з'являється нижче за течією на поверхні та біля берегів водного потоку, видаляють зіскоблюванням з поверхні водного потоку. Важливість кисню при очищенні забруднених вод відоме у зв'язку з окислюванням органічних та інших речовин, отже його застосування для обробляння стічних вод є дуже корисним, забезпечуючи додаткове зниження таких важливі показників якості води, як БПК, азот та фосфор тощо. 2 UA 108644 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Однак одержання чистого або висококонцентрованого кисню донедавна супроводжувалося великими витратами, на відміну від нинішнього стану, коли нові способи концентрування кисню можуть значно скоротити цю вартість. Треба підкреслити, що цей новий спосіб оснований на тому, що кисень є одним з головних компонентів атмосферного повітря. Щоб здійснювати впорскування кисню, розчиненого у воді, до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, та/або на станціях водопідготування, та/або очисних спорудах, потрібне джерело кисню, яким можуть бути як кисневі резервуари, так і відомі кисневі балони, або процеси, оснащені установками концентрації, які використовують перепади тиску або вакуум. Одержання кисню у процесах з використанням концентраційних установок, у яких використовуються перепади тиску або вакууму, досягається на установках одержання кисню, які можуть виділяти кисень з атмосферного повітря за допомогою молекулярних сит з концентрацією біля 95 %. Іншим процесом одержання кисню є процес застосування вакууму до молекулярних сит. Отже, простим впорскуванням атмосферного повітря в концентратор, яке супроводжується активацією вакуумного насоса для забезпечення регенерації молекулярних сит та очищеннями абсорбованих компонентів, можна одержувати чистий або високоочищений кисень. Хоча цей спосіб дорожчий, ніж процес, що використовує перепади тиску, він є життєздатним для великих установок. Отже, впорскуванням чистого кисню, концентрованого або змішаного з атмосферним повітрям, до стадії флотації, яку включає спосіб видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, забезпечується високоефективний процес відновлення забрудненої води, оскільки генератор концентрованого кисню знаходиться поряд з басейнами флотації уздовж водного потоку, та/або станціями водопідготування, та/або очисними спорудами, що дозволяє повністю використовувати кисень, вироблений шляхом концентрування. Далі цей винахід описується з посиланнями на креслення, що додаються, на прикладах, без будь-яких обмежень, причому: Фіг. 1 схематично зображує ділянку водного потоку, яку піддають процесу видалення забруднень без установки впорскування кисню; Фіг. 2 схематично зображує ділянку водного потоку, яку піддають процесу видаленню забруднень у комбінації з принаймні однією установкою концентрування кисню, яка повинна бути взаємозв'язана з принаймні однією установкою розчинення повітря/кисню. Як видно на фіг. 2, впорскування кисню до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, та/або на станціях водопідготування, та/або очисних спорудах, що є об'єктом цього винаходу, здійснюють у процесі, який проводять наступним чином: вводять флокулянт або коагулянт 1 до ділянки водного потоку, який піддають очищенню; утворюють уздовж зазначеного водного потоку басейн флокуляції так, щоб суспендовані частки могли агрегуватися нижче за течією потоку, утворюючі у такий спосіб більші пластівці; зазначені коагульовані частки, частково заблоковані нижче за течією зазначеної ділянки водного потоку, піддають принаймні одній стадії впорскування кисню від установок 5 концентрування кисню, розташованих поблизу басейнів флотації, спричинюючи спливання зазначених агломерованих часток за рахунок використання повного об'єму генерованого концентрованого кисню; причому зазначена агломерація матеріалу, у свою чергу, відбувається і концентрується на обмеженій зоні біля берегів водного потоку, та/або на станціях водопідготування та/або очисних спорудах, де матеріал видаляють і спрямовують до установки збирання і ущільнення плаваючого матеріалу. Для здійснення першої стадії способу застосовують флокулянт 1. Видалення суспендованих органічних речовин спочатку виконують доданням коагулянтів 1, які можуть сприяти коагуляції у воді. Такі сполуки забезпечують агломерування суспендованих часток через певний час з утворенням більших щільніших пластівці, які визначають басейн флокуляції нижче за течією водного потоку. Після стадії флокуляції, шляхом встановлення установки 5 концентрування чистого кисню, концентрованого кисню або суміші кисню з атмосферним повітрям кисень подають на розчинення в обробленій воді і впускають у водний потік, що уможливлює впорскування кисню до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, у якому агреговані з високою ефективністю частки плавають та виносяться на поверхню. 3 UA 108644 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонований тут спосіб в основному базується на установці 2 для перекачування та циркуляції обробленої води; змішувачах 3 води з киснем; повітряних компресорах 4; установці 5 концентрації кисню, яка включає молекулярні сита, апарати змінювання тиску або вакуумні насоси, в залежності від використовуваної системи генерування кисню. Витрата потоку води, до якого впорскують кисень, становить 20-30 % початкового потоку на рециркуляцію, причому розчинення атмосферного повітря необхідне для розчинення та насичення киснем обробленої води з водного потоку, та/або зі станцій водопідготування, та/або очисних споруд. Отже, устаткування підбирають за параметрами так, щоб забезпечити потреби процесу, завдяки чому суттєво скорочується об'єм рециркульованої води, а відтак капітальні та експлуатаційні витрати. Для подання в систему необхідного об'єму води потрібно використовувати обладнання, оснащене всмоктувальними та перекачувальними насосами з достатнім вихідним потоком, щоб забезпечувати оптимальне дозування кисневої суміші, так щоб цей розчин був набагато менший і дешевший, ніж розчин, що містить суміш, яка містить атмосферне повітря, що досі застосовується для впорскування мікробульбашок на флотації. Водно-кисневу суміш 3 спрямовують до труби, яка містить розпилювачі і встановлена у поперечному напрямку по всьому дну каналу, завдяки чому розчинений кисень виходить та рівномірно розподіляється у водному потоку, та/або на станціях водопідготування, та/або очисних спорудах. Ця суміш складається з мікробульбашок кисню, які прилипають до агрегованих часток, що підсилює їх тягу, уможливлюючи процес флотації так, що перенос кисню до оброблюваної води стає максимальним. Треба підкреслити, що можна одержувати озон шляхом перетворення кисню, одержаного у процесі на установці 5 концентрування кисню, причому цей озон впорскують окремо або у сполученні з киснем до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках, щоб також здійснювати дезінфекцію оброблюваних стоків і забезпечити суттєве збільшення видалення аміачного азоту шляхом його окислення. Після цієї фази має місце утримування матеріалу, що спливає у каналі, за допомогою плаваючої огорожі, встановленої на заздалегідь визначеній відстані від місця, де починається процес, завдяки чому весь плаваючий мул виходить на поверхню при попаданні в цю огорожу, а відтак уможливлюється перехоплення всього плаваючого матеріалу, що спливає. Цей спосіб видалення забруднень з водних потоків шляхом флотації з киснем дозволяє досягти відмінних результатів у первинному очищенні води, а також при експлуатації водних потоків, особливо тих, які одержують залишкові та нелегальні стічні води, а також забезпечує надзвичайний ефект при періодичному та попереджувальному очищенні водних потоків, які вже піддавалися первинному очищенню від забруднень, надихаючи новим життям водні потоки, які піддаються серйозному впливу великих міст, завдяки суттєвому підвищенню рівня розчиненого кисню у воді, обробленій вищеописаним способом. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб видалення забруднень та суспендованих органічних речовин з водних потоків, та/або на станціях водопідготування, та/або очисних спорудах шляхом впорскування кисню до басейна флотації, згідно з яким, у ділянку оброблюваного водного потоку швидко вмішують флокулянт або коагулянт (1), утворюють уздовж зазначеного водного потоку басейн флокуляції так, щоб суспендовані частки могли агрегуватися нижче за течією, утворюючі у такий спосіб більші пластівці, який відрізняється тим, що вказані агреговані частки збільшеного розміру та щільності, що знаходяться нижче за течією зазначеної ділянки водного потоку, піддають принаймні одній стадії розчинення та впорскування кисню, на якій кисень через змішувачі (3) під тиском направляють від установок (5) концентрування кисню до установок розчинення, утворюючи водно-кисневу суміш, яку впорскують до ділянки (6) водного потоку, щоб змусити зазначені агреговані частки спливати з утворенням басейна флотації уздовж зазначеної ділянки водного потоку таким чином, щоб матеріал, що спливає, міг агломеруватися нижче за течією, причому агломерований матеріал, що спливає нижче за течією на поверхні та біля берегів водного потоку, видаляють шляхом зіскоблювання з поверхні водного потоку, а установки (5) концентрування кисню є установками, що використовують перепади тиску, які дозволяють виділяти кисень з концентрацією від 50 % до 95 % з атмосферного повітря за допомогою молекулярних сит, або установками, що застосовують вакуум для молекулярних сит, щоб отримати чистий кисень або високоочищений кисень. 4 UA 108644 C2 5 10 15 20 25 2. Спосіб видалення забруднень за п. 1, який відрізняється тим, що містить принаймні одну стадію впорскування кисню від установок генерування кисню (5), розташованих поблизу басейнів флотації, яка спричинює спливання зазначених агрегованих часток, з використанням усього об'єму генерованого кисню. 3. Спосіб видалення забруднень за п. 1, який відрізняється тим, що використовують принаймні одну установку (5) концентрування чистого кисню, кисню з концентрацією від 50 % до 95 % або суміші кисню з атмосферним повітрям, які далі подають на розчинення у відновленій воді, а потім випускають до водного потоку, що уможливлює впорскування кисню до басейна флотації у способі видалення забруднень у водних потоках, причому агреговані у дуже великому ступені частки спливають та виносяться на поверхню. 4. Спосіб видалення забруднень за п. 1, який відрізняється тим, що впорскування кисню з концентрацією від 50 % до 95 % головним чином здійснюють з використанням установок (2) перекачування та циркуляції обробленої води; змішувачів (3) води з киснем; повітряних компресорів (4); установки концентрування кисню (5), яка включає молекулярні сита, апарати змінювання тиску або вакуумні насоси, в залежності від використовуваної системи генерування кисню. 5. Спосіб видалення забруднень за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що витрата водного потоку, у який необхідно впорскувати кисень, складає 20-30 % витрати початкового потоку рециркуляції з атмосферним повітрям, що використовується для окислювання і насичення водного потоку. 6. Спосіб видалення забруднень за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що після досягнення концентрації кисню рівня від 50 % до 95 % виробляють озон шляхом перетворення кисню, генерованого у способі, причому одержаний озон впорскують у чистому вигляді або у комбінації з киснем до басейна флотації у способі видалення забруднень та суспендованих органічних речовин, присутніх у водних потоках. 7. Спосіб видалення забруднень за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що воднокисневу суміш (3) направляють у трубу, яка містить розпилювачі і встановлена поперек усього дна каналу, завдяки чому розчинений кисень виходить та рівномірно розподіляється, причому ця суміш складається з мікробульбашок кисню, які прилипають до агрегованих часток. 5 UA 108644 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6