Способ осветления вод и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способам и устройствам для сгущения пульп и выделения твердых частиц и может быть использовано для обогащения полезных ископаемых и для обезжиривания продуктов, а также при очистке промышленных и сточных вод. Способ включает насыщение пульпы воздушными пузырьками, флотационное выделение гидрофобных частиц, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ, гидравлическое выделение гидрофильных частиц путем их осаждения в водной среде. Флотационное выделение и осаждение осуществляют в одной камере, в вышерасположенной части которой осуществляют флотационное выделение гидрофобной части пульпы, а в нижерасположенной - гидрофильной ее части. Флотационное выделение гидрофобных частиц, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ осуществляют при одновременном совместном использовании в одном аппарате пенной сепарации, пенной, пленочной и масляной флотации. Процесс пенной сепарации и пленочной флотации интенсифицируют виброакустическими колебаниями. Устройство содержит камеру с патрубком для выгрузки шлама, пневмогидравлический аэратор, желоба для слива загрязненной и очищенной воды. Камера снабжена емкостью для насыщения пульпы воздушными пузырьками, к нижней части которой присоединен распределитель аэрированной пульпы с боковыми перфорированными стенками. Желоб выполнен сужающимся и имеет карманы, внутри которых размещены виброакустические излучатели. Улучшаются условия выделения гидрофобных частиц загрязнений. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к обработке вод, а именно к способам и устройствам для сгущения пульп и выделения твердых частиц и может быть использовано для обогащения полезных ископаемых и для обезжиривания продуктов, а также при очистке промышленных и сточных вод.

Известен способ осветления вод, включающий насыщение жидкости воздушными пузырьками, флотационное выделение аэрофлокул, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ, гидравлическое выделение твердых частиц путем их осаждения в водной среде, в котором гидравлическое выделение твердых частиц осаждением производят после флотационного выделения аэрофлокул, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ, флотационное выделение и осаждение осуществляют в одной камере, в вышерасположенной части которой осуществляют флотационное выделение гидрофобной части загрязнений, а в нижерасположенной - гидрофильной части загрязнений, причем насыщение воды тонкодисперсными воздушными пузырьками производят пневмогидравлической аэрацией. Способ реализуется в устройстве для осветления вод, содержащем установленную вертикально камеру для циркуляции воды с приспособлением для подвода неочищенной воды и патрубком для выгрузки шлама, желобов для слива загрязненной воды и очищенной воды, при этом переливная кромка для вывода загрязненной воды расположена выше переливной кромки для вывода очищенной воды на величину, пропорциональную разности плотностей осветленной воды и маслообразных загрязнений, содержащих газообразную водную и твердую фазы. (Злобин М.Н. Разработка и промышленное освоение флотационной технологии и оборудования для извлечения алмазов из руд. Докт. Диссертация, 1995, с. 27 - 28).

Недостатком известного способа и устройства является то, что они не имеют последовательных операций и конструктивных элементов для насыщения воды воздушными пузырьками раздельно от флотационного выделения аэрофлокул. При одновременном проведении этих операций струйное перемешивание воды, осуществляемое пневмогидравлической аэрацией, разрушает уже сформированные флотокомплексы, что ведет к ухудшению аэрогидродинамических условий для выделения гидрофобных загрязнений, снижению эффективности процесса осветления вод, качества ее очистки и производительности аппарата. Используемые в устройстве для снижения внутрикамерной турбулентности успокоительные решетки и пластины в данном случае недостаточны для сохранения уже сформированных флотокомплексов, так как они расположены непосредственно в зоне струйного перемешивания воды при ее насыщении воздушными пузырьками пневмогидравлической аэрацией.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ осветления вод, включающий насыщение жидкости воздушными пузырьками, флотационное выделение аэрофлокул, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ, гидравлическое выделение твердых частиц путем их осаждения в водной среде, в котором гидравлическое выделение твердых частиц осаждением производят после флотационного выделения аэрофлокул, нефтепродуктов, поверхностно-активных маслообразных веществ, флотационное выделение и осаждение осуществляют в одной камере, в вышерасположенной части которой осуществляют флотационное выделение гидрофобной части загрязнений, а в нижерасположенной - гидрофильной части загрязнений, причем насыщение воды тонкодисперсными воздушными пузырьками производят пневмогидравлической аэрацией. Способ реализуется в устройстве для осветления вод, содержащем установленную вертикально камеру для циркуляции воды с приспособлением для подвода неочищенной воды и патрубком для выгрузки шлама, желобов для слива загрязненной воды и очищенной воды, при этом переливная кромка для вывода загрязненной воды расположена выше переливной кромки для вывода очищенной воды на величину, пропорциональную разности плотностей осветленной воды и маслообразных загрязнений, содержащих газообразную, водную и твердую фазы (тот же ист. стр. 27 - 29, рис. 6).

Данные способ и устройство, несмотря на удвоенность рабочей зоны, сохраняют недостатки способа и устройства /1/, так как и в этом случае насыщение воды пузырьками воздуха пневмогидравлической аэрацией ведется совместно с флотационным выделением аэрофлокул, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ.

Указанные недостатки способа и устройства /1, 2/ проявляются в большей мере при повышенных содержаниях в пульпе гидрофобных загрязнений и твердой фазы. Для этих условий необходимы дополнительные конструктивные решения и интенсивные технологические режимы.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса осветления вод и качества ее очистки и увеличения производительности аппарата за счет улучшения аэрогидродинамических условий для выделения гидрофобных загрязнений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе осветления вод, включающем насыщение пульпы воздушными пузырьками, флотационное выделение гидрофобных частиц, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ, гидравлическое выделение гидрофильных частиц путем их осаждения в водной среде, гидравлическое выделение гидрофильных частиц осаждением производят после флотационного выделения гидрофобных частиц, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ, флотационное выделение и осаждение осуществляют в одной камере, в вышерасположенной части которой осуществляют флотационное выделение гидрофобной части пульпы, а в нижерасположенной - гидрофильной ее части, насыщение воды тонкодисперсными воздушными пузырьками производят пневмогидравлической аэрацией, флотационное выделение гидрофобных частиц, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ, осуществляют при одновременном совместном использовании в одном аппарате пенной сепарации, пенной, пленочной и масляной флотации, насыщение пульпы воздушными пузырьками пневмогидравлической аэрацией и флотационное выделение гидрофобной части пульпы осуществляют раздельно друг от друга, струйное перемешивание пульпы, осуществляемое пневмогидравлической аэрацией, ограничивают лишь зоной ее насыщения воздушными пузырьками, не затрагивая при этом зоны флотации, процесс пенной сепарации и пленочной флотации интенсифицируют виброакустическими колебаниями. Для чего в устройстве для осветления вод, содержащем установленную вертикально камеру для циркуляции пульпы с патрубком для выгрузки шлама, пневмогидравлический аэратор, расположенные в верхней части камеры желоба для слива загрязненной и очищенной воды, переливная кромка камеры для вывода загрязненной воды расположена выше переливной ее кромки для вывода очищенной воды на величину, пропорциональную разности плотностей осветленной воды и маслообразных загрязнений, содержащих газообразную, водную и твердую фазы, камера для циркуляции пульпы снабжена расположенной смежно с ней в виде сообщающихся сосудов емкостью для насыщения пульпы воздушными пузырьками, к нижней части которой присоединен размещенный внутри камеры посередине нижней ее половины распределитель аэрированной пульпы, выполненный в виде равного ширине камеры горизонтально расположенного сосуда с боковыми перфорированными стенками, желоб для слива загрязненной воды расположен в противоположном от емкости для насыщения пульпы воздушными пузырьками направлении, выполнен сужающимся к месту выгрузки, выполненному в виде течки, и имеет в своем днище карманы пирамидальной формы с патрубками в вершине в нижней их части, пневмогидравлический аэратор размещен в верхней части емкости для насыщения пульпы воздушными пузырьками с осевым направлением сопла сверху вниз, внутри пирамидальных карманов размещены виброакустические излучатели.

Использование флотационных методов для интенсификации выделения гидрофобных загрязнений и шламовых примесей из оборотных вод требует обеспечения необходимых условий, предотвращающих деструкцию агрегатных хлопьев и аэрофлокул, так как при их деструкции эффективность использования этих методов снижается. Одновременно снижается качество очистки вод и производительность аппаратов. Деструкцию агрегатных хлопьев и аэрофлокул можно предотвратить посредством перевода турбулентного режима движения аэрированной жидкости, необходимого для перемешивания воды с реагентами, в ламинарный, необходимый для разделительного процесса. Это достижимо при раздельном проведении операций насыщения воды воздушными пузырьками и флотационного выделения аэрофлокул, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ. Процесс очистки можно еще более интенсифицировать, если флотационное выделение гидрофобных частиц, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслобразных веществ, осуществить при одновременном совместном использовании в одном аппарате пенной сепарации, пенной, пленочной и масляной флотации, инициируя эти процессы виброакустическим излучением и гидродинамической активацией гетерогенных систем. Для тонкой диспергации воздуха, необходимой для флотации твердых частиц и гидрофобных загрязнений, целесообразно использовать пневмогидравлическую аэрацию, для которой в качестве напорной воды рационально использовать жидкую фазу, выделенную из пенного продукта, так как она обогащена поверхностно-активными веществами, извлеченными из неочищенной воды при ее флотационной обработке.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 изображает общий вид устройства (аппарата) для осветления вод (с продольным разрезом); фиг. 2 - вид устройства (аппарата) сверху; фиг. 3 - узел I на фиг. 1 в увеличенном масштабе, изображающий пневмогидравлический аэратор (продольный разрез).

Устройство (аппарат) для осветления вод содержит (фиг. 1, 2) установленную вертикально камеру 1 для циркуляции пульпы с патрубком 2 для выгрузки шлама. Смежно с ней расположена в виде сообщающихся сосудов емкость 3 для насыщения пульпы воздушными пузырьками с течкой 4 для приема питания и с пневмогидравлическим аэратором 5 с осевым направлением сопла сверху вниз. К нижней части емкости 3 присоединен распределитель аэрированной пульпы 6, расположенный в нижней половине камеры 1 в средней ее части. Внутренние полости емкости 3 и распределителя 6 сообщены между собой. Распределитель 6 выполнен в виде горизонтально расположенного сосуда, длина которого равна ширине камеры 1. Боковые его стенки 7 перфорированы. К верхней части камеры 1 присоединены желоб 8 для слива загрязненной воды и желоб 9 для слива очищенной воды. Переливная кромка 10 для вывода из камеры 1 загрязненной воды расположена выше переливной ее кромки 11 для вывода очищенной воды на величину, пропорциональную разности плотностей осветленной воды и маслообразных загрязнений, содержащих газообразную, водную и твердую фазы. Желоб 8 расположен в противоположном от емкости 3 направлении, выполнен сужающимся к месту выгрузки, выполненному в виде течки 12, и имеет в своем днище карманы 13 пирамидальной формы с патрубками 14 в вершине в нижней их части. Внутри карманов 13 подвешены виброакустические излучатели 15. Внутренняя полость желоба 9 для слива очищенной воды сообщена посредством водоводов 16 с внутренней полостью камеры 1, ограниченной козырьком 17 и предназначенной для приема очищенной воды из нижней части камеры 1. Течка 18, расположенная с внешней стороны камеры 1 вдоль периметра переливной ее кромки 11, предназначена для вывода очищенной воды из желоба 9. Внешняя поверхность желоба 9 предназначена одновременно для отклонения потока загрязненной жидкости в направлении желоба 8. Емкость 3 в нижней своей части снабжена износостойкой футеровкой 19, а в верхней части имеет щелевой выход 20 в течку 4, экранированный козырьком 21, предназначенный для вывода из нее воздуха и газонасыщенных продуктов.

Пневмогидравлический аэратор 5 имеет свой трубчатой формы корпус 22 (фиг. 3), присоединенный к емкости 3 сверху. Выходное сопло 23 пневмогидравлического аэратора 5 обращено внутрь емкости 3, а его входное отверстие 24 сопряжено с внутренней полостью штуцера 25 для напорной воды. Внутри трубчатого корпуса 22 размещены входная 26 и выходная 27 втулки, изготовленные из износостойкого материала, например из силицированного графита или металлокерамики, имеющие сквозные отверстия 28 для напорной воды. Выходная втулка 27 имеет в осевом отверстии участок 29 большего диаметра с тангенциальными проходами 30 для сжатого воздуха. Втулки 26 и 27 закреплены в корпусе 22 посредством штуцера 25 через прокладку 31. На внутренней поверхности трубчатого корпуса 22 имеется кольцевая канавка 32, соединенная через отверстия 33 с внутренней полостью воздухоподводящего штуцера 34, а через тангенциальные проходы 30 с участком 29 выходной втулки 27. Корпус 22 посредством резьбового соединения 35 крепится к емкости 3 через прокладку 36.

Устройство (аппарат) для осветления вод работает следующим образом.

Камера 1 для циркуляции воды, подвергаемой очистке, заполняется через течку 4 неочищенной водой. В емкости 3 вода интенсивно насыщается тонкодиспергированными пузырьками воздуха, выходящими вместе с напорной водой из сопла 23 пневмогидравлического аэратора 5, поступает в распределитель аэрированной пульпы 6 и затем проходит через отверстия в перфорированных его стенках 7 во флотационную зону камеры 1. Пневмогидравлический аэратор 5 включают в работу одновременно с заполнением камеры 1 водой, для чего через воздухоподводящий штуцер 34 подают сжатый воздух, а через водоподводящий штуцер 25 воду под давлением. При прохождении высокоскоростной струи жидкости через участок 29 в его полости генерируются акустические колебания, способствующие тонкой диспергации воздуха и маслообразных реагентов в водной среде, и из нее эжектируется сжатый воздух, который непрерывно пополняется из штуцера 34 через отверстие 33 в трубчатом корпусе 22, кольцевую канавку 32 и тангенциальные проходы 30. На участке 29 сжатый воздух разгоняется до высоких скоростей за счет тангенциальной его подачи через проходы 30, при этом векторы скоростей жидкости и воздуха не совпадают, что также способствует более тонкой диспергации воздуха и маслообразных реагентов в воде.

При заполнении камеры 1 неочищенной водой и аэрированной жидкостью на поверхности воды образуется пенный слой, свидетельствующий о наличии в ней поверхностно-активных веществ. Этот пенный слой при достижении уровня верхней кромки 10 камеры 1 переливается в желоб 8 для слива загрязненной воды. При поступлении неочищенной сильно аэрированной воды во флотационную зону камеры 1 образующиеся агрегатные хлопья и аэрофлокулы гидрофобных шламов вместе с другими гидрофобными загрязнениями воды флотируются в пенный продукт. Одновременная пенная и масляная флотация их ведется в ламинарном режиме, так как струйное перемешивание неочищенной воды, осуществляемое турбулентным режимом в емкости 3, отделено от флотационной зоны боковыми перфорированными стенками 7 распределителя аэрированной пульпы 6. Гидрофильная часть загрязнений и шламовых флокул опускается при этом вниз и выгружается из аппарата через патрубок 2. Жидкая фаза, представляющая собой очищенную воду, поступает в полость камеры 1 под козырек 17, поднимается по водоводам 16 во внутреннюю полость желоба 9 для слива очищенной воды и выводится из аппарата через переливную кромку 11 и течку 18. Одновременность и непрерывность перелива загрязненной и очищенной воды из камеры 1 обеспечивается тем, что уровень перелива очищенной воды из желоба 9 расположен ниже уровня перелива загрязненной воды в желоб 8 на величину, пропорциональную разности плотностей осветленной воды и маслообразных загрязнений, содержащих газообразную, водную и твердую фазы.

Переливающийся в желоб 8 пенный продукт подвергается дальнейшему интенсивному разделению методом пенной сепарации и пленочной флотации, инициируемому акустическими колебаниями посредством излучателей 15 и гидродинамической активацией гетерогенных потоков за счет сужающегося выполнения желоба 8, обеспечивая качественное расслоение пенного продукта на составляющие его фазы. Маслообразные продукты, как более легкие, перемещаются в верхние слои смеси, переливаются из желоба 8 в течку 12 и выводятся из аппарата. Водная и твердая фазы, как более тяжелые, перемещаются в нижние слои смеси и выгружается из желоба 8 через патрубки 14.

Водная фаза, содержащая поверхностно-активные и маслообразные вещества, извлеченные из неочищенной воды при ее флотационной обработке, используется в качестве напорной воды для работы пневмогидравлического аэратора 5, для чего ее под давлением подают через штуцер 25. Использование этой водной фазы в качестве напорной воды при пневмогидравлической аэрации обеспечивает тонкое диспергирование воздуха и устойчивую работу аэратора 5 без коалесценции воздушных пузырьков и капелек масла в объеме аэрированной воды, что обеспечивает качественную ее очистку.

Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит за счет улучшения аэрогидродинамических условий для выделения гидрофобных загрязнений повысить эффективность процесса осветления вод и качество ее очистки и увеличить производительность аппарата.

Источники информации: 1. М.Н. Злобин "Разработка и промышленное освоение флотационной технологии и оборудования для извлечения алмазов из руд", докт. дисс., 1995, с. 27, 28.

2. М.Н. Злобин "Разработка и промышленное освоение флотационной технологии и оборудования для извлечения алмазов из руд", докт. дисс., 1995, с. 27 - 29, рис. 6 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ осветления вод, включающий насыщение пульпы воздушными пузырьками, флотационное выделение гидрофобных частиц, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ, гидравлическое выделение гидрофильных частиц путем их осаждения в водной среде, гидравлическое выделение гидрофильных частиц осаждением производят после флотационного выделения гидрофобных частиц, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ, флотационное выделение и осаждение осуществляют в одной камере, в вышерасположенной части которой осуществляют флотационное выделение гидрофобной части пульпы, а в нижерасположенной - гидрофильной - ее части насыщение воды тонкодисперсными воздушными пузырьками производят пневмогидравлической аэрацией, отличающийся тем, что флотационное выделение гидрофобных частиц, нефтепродуктов, поверхностно-активных и маслообразных веществ осуществляют при одновременном совместном использовании в одном аппарате пенной сепарации, пенной, пленочной и масляной флотации, при этом процесс пенной сепарации и пленочной флотации интенсифицируют виброакустическими колебаниями.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщение пульпы воздушными пузырьками пневмогидравлической аэрацией и флотационное выделение гидрофобной части пульпы осуществляют раздельно друг от друга, струйное перемешивание пульпы, осуществляемое пневмогидравлической аэрацией, ограничивают лишь зоной ее насыщения воздушными пузырьками, не затрагивая при этом зоны флотации.

3. Устройство для осветления вод, содержащее установленную вертикально камеру для циркуляции пульпы с патрубком для выгрузки шлама, пневмогидравлический аэратор, расположенные в верхней части камеры желоба для слива загрязненной и очищенной воды, переливная кромка камеры для вывода загрязненной воды расположена выше переливной ее кромки для вывода очищенной воды на величину, пропорциональную разности плотностей осветленной воды и маслообразных загрязнений, содержащих газообразную, водную и твердую фазы, камера для циркуляции пульпы снабжена расположенной смежно с ней в виде сообщающихся сосудов емкостью для насыщения пульпы воздушными пузырьками, к нижней части которой присоединен размещенный внутри камеры по середине нижней ее половины распределитель аэрированной пульпы, отличающееся тем, что распределитель аэрированной пульпы выполнен в виде равного ширине камеры горизонтально расположенного сосуда с боковыми перфорированными стенками, желоб для слива загрязненной воды расположен в противоположном от емкости для насыщения пульпы воздушными пузырьками направлении, выполнен сужающимся к месту выгрузки, выполненному в виде течки, и имеет в своем днище карманы пирамидальной формы с патрубками в вершине в нижней их части, внутри пирамидальных карманов размещены виброакустические излучатели.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что пневмогидравлический аэратор размещен в верхней части емкости для насыщения пульпы воздушными пузырьками с осевым направлением сопла сверху вниз.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3