РАЗВИТИЕ ФЛОТАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И СГУЩЕНИЯ АКТИВНОГО ИЛА

Флотационная техника используется для очистки сточных вод от гидрофобных загрязнений и сгущения осадков, в частности активного ила [23—551.

В результате очистки сточных вод образуются различные категории осадков, в том числе активный ил, влажность которого составляет обычно 98—99 %. Для утилизации осадков необходима их обработка, первой стадией которой является уплотнение для уменьшения объема осадков. Для сгущения осадков существует несколько методов, один из которых флотация [23].

За последние примерно 50—60 лет конструкции флотационных машин претерпели значительные изменения. В настоящее время, по нашему мнению, все больше используется конструкций флотома-шин, в которых применяются элементы химических реакторов. Как в химической технологии, так и в практике очистки воды флотацией важно при проектировании реакторов или флотомашин использовать модели тех процессов, которые в них осуществляются.

Известно достаточно много моделей флотационного процесса [5], но особо следует отметить модель профессора Белоглазова. Согласно этой модели процесс флотации рассматривается по аналогии с простой химической реакцией первого порядка (рис. 2.1).

А В

Схема процесса флотации по Белоглазову

Рис. 2.1. Схема процесса флотации по Белоглазову

Уравнение процесса флотации по Белоглазову имеет вид:

С = С„<Г* (2.1)

где С и С() — концентрации загрязнений в текущий и начальный моменты соответственно;

к — константа, характеризующая скорость флотационного процесса;

т — время;

  • (2.2)
  • 1,5 дЕ

к,Я’

где q — скорость барботирования;

Е — эффективность захвата частиц всплывающим пузырьком газа при флотации;

к0 фактор полидисперсности пузырьков;

О — средний диаметр пузырьков во флотационной ячейке.

Существенные недостатки такого подхода:

  • • флотокомплекс не рассматривается в качестве объекта исследования;
  • • отсутствует зависимость образования пенного продукта от времени;
  • • не в полной мере указаны факторы, влияющие на кинетику процесса.

Устранение этих недостатков и наиболее полное описание процесса флотации было предложено Б.С. Ксенофонтовым в середине 80-х годов XX в. 15]. Согласно этому подходу процесс флотации рассматривается по аналогии со сложной химической реакцией первого порядка.

Простейший случай флотационного процесса согласно модели Ксе-нофонтова представлен на рис. 2.2, а более общий случай — на рис. 2.3.

Для простейшего случая система уравнений имеет следующий вид:

'&л

с11

сН

ёСс

Л

Л

- къС

(2.3)

в

Рис. 2.3. Общий случай флотационного процесса согласно модели Б.С. Ксенофонтова

Простейший случай флотационного процесса согласно модели Б.С. Ксе-

Рис. 2.2. Простейший случай флотационного процесса согласно модели Б.С. Ксе-

нофонтова

Для общего случая система уравнений имеет следующий вид:

ас

СІІ

- кС А + к2С в + к5Сс кьС А;

ас

СІІ

В - кхСА - к2Св - к3С в + кАСс

(2.4)

с1С

а(

  • - 5Сс + кьСА + к3Св - кАСс
  • (2.5)

_ 1,5 qE

К — -

к0й

где q — скорость барботирования;

Е — эффективность захвата частиц всплывающим пузырьком газа при флотации;

к() фактор полидисперсности пузырьков;

?> — средний диаметр пузырьков во флотационной ячейке;

к2 = лсфагм2с-'„, (2.6)

где А — безразмерный коэффициент;

Сф — концентрация флотокомплексов частица—пузырек;

Са — градиент скорости в зоне аэрации, определяемый отношением разностей скоростей к разности расстояния между рассматриваемыми точками;

М — отношение диаметра частицы к диаметру пузырька;

С|1П — концентрация пузырьков в подпенном слое;

  • 5
  • (2.7)

где упод — скорость подъема флотокомплекса;

И — расстояние от зоны аэрации до пенного слоя;

к., = кфф^р, (2.8)

где Т7 — коэффициент пропорциональности;

(7П — градиент скорости в подпенном слое;

Сп — концентрация пузырьков в пене; б/ср — средний диаметр пузырьков в пене;

кь = (2.9)

И

где уос — скорость осаждения частиц твердой фазы, выпадающих из пенного слоя;

И — расстояние от зоны аэрации до пенного слоя;

к 6

1

руп

(х - И)2

- ехр

' (х + //)2"

_ >

2-у]пМ

V.

_

1 *г* )

Л

(2.10)

где Г — время;

х — текущее расстояние от границы пенного слоя; у — коэффициент диффузии частиц твердой фазы в жидкость;

И — расстояние от зоны аэрации до пенного слоя.

Решение системы уравнений (2.4) имеет вид, представленный на рис. 2.4.

Графическое решение системы уравнений флотационного процесса согласно модели Б.С. Ксенофонтова

Рис. 2.4. Графическое решение системы уравнений флотационного процесса согласно модели Б.С. Ксенофонтова:

/ — в осветляемой жидкости; 2— в виде флотокомплексов; 3 — в пенном продукте

Интенсификация флотационного процесса согласно многостадийной модели может быть достигнута рядом способов, в том числе путем коалесценции флотокомплексов с образованием пузырька более крупного размера, чем исходный (рис. 2.5).

Схема флотации с учетом явления коалесценции частиц загрязнений

Рис. 2.5. Схема флотации с учетом явления коалесценции частиц загрязнений

Система уравнений, описывающая этот случай, имеет следующий вид (2.11):

ЛСл = -к,Сл + к7Сд + к=Сс - кгС А:

йС

в

сИ

с1С,

  • - кСА - к2Св - къСв + к4Сс - к7Св + к$С0;
  • (2.11)

с!г

йС

к5Сс + к6С А + к2С в кАСс()СВ) ^10Сс;

д

к7Св - к%С0куСп + к^Сс.

Решение этой системы уравнений в графическом виде представлено на рис. 2.6 и 2.7.

Другие различные варианты интенсификации флотационного процесса с использованием многостадийной модели рассмотрены в отдельных наших работах и описывают флотационный процесс, осуществляемый в конкретных условиях [24—26].

Например, описание процессов ионной флотации на основе многостадийной модели [25] можно представить в виде последовательности следующих состояний системы (рис. 2.8):

• состояние А — ионы коллигенда и собирателя и газовые пузырьки существуют автономно;

Предлагаемая система должна удовлетворять, по крайней мере, двум условиям, а именно: в начальный момент времени концентрация коллигенда на первой стадии равна исходной концентрации в растворе и в любой момент времени сумма концентраций коллигенда по всем стадиям равна его исходной концентрации.

Использование многостадийной модели флотации позволяет научно обоснованно подойти к разработке новых видов флотационной техники.

Одно из главных направлений развития флотационной техники — это создание более крупных и рентабельных машин. В последнее время произошел переход от принципов упрощения конструкций и механизмов к принципам, которые позволяют разделять и направлять потоки жидкости, обеспечивать внешний приток воздуха к большим установкам и, таким образом, использовать монокамеры большого объема.

Среди механических машин за рубежом наибольшее распространение получили машины Vemco, ранее известные под торговой маркой «Фагергрен». Фирма «Vemco» традиционно выпускает многокамерные машины 12 типоразмеров с камерами вместимостью до 85 м3 и монокамерные вместимостью 127 м3 прямоугольного сечения. Все камеры соответствуют условиям геометрического подобия, а также многим собственным технологическим критериям масштабного перехода [27].

Флотационная машина «Х^'етсо» (США) состоит из квадратных или прямоугольных камер, имеющих в нижней части по ширине трапецеидальное сечение (рис. 2.9, а).

Разработанный фирмой аэратор, состоящий из цельнолитых ротора и статора, получил название «1+1» (рис. 2.9, б).

Звездообразный ротор имеет 6—10 радиальных лопаток, заканчивающихся трапецеидальным утолщением. Статор выполнен в виде цилиндра с овальными отверстиями, между которыми с внутренней стороны расположены полуцилиндрические ребра. Ротор и статор целиком изготовлены из резины. Между ротором и статором имеется большой зазор С, который для машин с объемом камеры 8,49 м3, например, составляет 180 мм.

При вращении ротора из атмосферы через центральную трубу засасывается воздух, а снизу — пульпа. Воздух и пульпа смешиваются в полости ротора, и пульповоздушная смесь выбрасывается через отверстия статора в камеру в радиальном (а не тангенциальном) направ-

Флотационная машина «Vemco 1+1»

Рис. 2.9. Флотационная машина «Vemco 1+1»: а — поперечный разрез; б — ротор и статор конструкции «1 + 1»; 1 — ротор; 2 — камера; 3 — статор; 4 — центральная труба; 5 — труба для засасывания воздуха; 6 — конический перфорированный колпак; 7— циркуляционная труба; 8 — перфорированное ложное днище; С — зазор между ротором и статором; сі — глубина погружения ротора

лении, так как благодаря большому зазору турбулентные потоки в значительной степени гасятся в пространстве между ротором и статором. Радиальный выброс аэрированной пульпы способствует более равномерному распределению воздушных пузырьков по объему камеры (рис. 2.10) [28].

Схема потоков в камере флотомашины «Vemco 1+1» [28]

Рис. 2.10. Схема потоков в камере флотомашины «Vemco 1+1» [28]

Для создания на поверхности пульпы спокойной зоны пенообра-зования на центральной трубе установлен конический перфорированный колпак.

В камерах объемом 2,83 м3 и более для усиления циркуляции пульпы установлено ложное дно, не доходящее до стенок камеры, с циркуляционной трубой. Пульпа, выброшенная ротором к стенкам камеры, проходит между настоящим и ложным дном и через циркуляционную трубу засасывается ротором вверх. Такая циркуляция препятствует осаждению материала на дне камеры, что позволяет заметно увеличить глубину камеры. При этом расстояние от поверхности пульпы до верхней кромки ротора в камерах большей глубины, по сравнению с мелкими камерами, изменяется незначительно [28].

Съем пены в машинах «?етсо» обычно двусторонний и осуществляется самотеком, однако при необходимости для удаления пены используется пеногон. Машина состоит из отдельных прямоточных звеньев, устанавливаемых каскадно [28].

Технические характеристики машин «Х^'етсо» приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Технические характеристики флотационных машин «УУетсо»

№ машины

Размеры камеры,

мм

Вместимость камеры, м3

Диаметр ротора, мм

Окружная скорость ротора, м/с

Установочная

мощность электродвигателя на одну камеру, кВт

18

305x457x254

0,03

89

4,6

0,4

28

457x711x305

0,09

140

5,1

т

г-

с

О

36

914x914x406

0,31

178

5,3

2,2

44

1118x1118x508

0,59

216

5,6

3,7

56

1422x1422x610

1,13

279

6,2

5,5

66

1676x1676x686

1,7

324

6,4

7,4

66Д

1524x1676x1194

2,83

406

5,7

11,0

84

1600x2134x1346

4,25

406

6,6

11,0

120

2286x3048x1346

8,49

559

6,4

18,4-22,1

144

2743x3658x1600

14,16

660

6,6

22,1-29,4

164

3023x4166x2362

28,32

762

7,4

44,2-55,2

190

3556x4826x2667

42,48

889

7,7

73,6-92,0

В последние годы фирма Vemco разработала конструкцию машины, в которой вместо воздуха используется азот. Необходимость разработки была вызвана применением на ряде обогатительных фабрик при разделении медно-молибденового концентрата азота вместо воздуха с целью снижения расхода подавителя сульфидов меди — гидросульфида натрия [28].

Флотомашины «Vemco» являются преимущественно механическими, причем их уникальной особенностью является потребление воздуха в соответствии с изменяющимися условиями питания флотации.

Приверженность механическому способу аэрирования фирма сохранила и при создании в 2002 г. новой серии флотационных машин цилиндрического типа «Vemco БтаПСеН» с камерами объемом от 0,05 до 257 м3, которые имеют механический аэрационный механизм (рис. 2.11) [28].

Воздух

Питание

I

Полукруглая коробка питания

Стабилизатор

Диспергатор

Ротор

Каменный продукт

Двигатель

Опора механизма

Отражатель Радиальный желоб Пенный продукт Стабилизирующие перегоородки

Рис. 2.11. Флотомашина «Vemco БшайСеП» [28]

Скошенные стенки Всасывающая труба Двойное дно

К особенностям этой флотомашины можно отнести двойное дно с гибридной всасывающей трубой, скошенные стенки камеры, отражатель, стабилизирующие перегородки и радиальные желоба, которые в совокупности создают направленные потоки без лишней турбулентности в «зону интенсивной флотации» и увеличивают стабильность пены [28].

Одним из основных недостатков флотомашин «Х^'етсо» является их неспособность извлекать микрофлотокомплексы из очищаемой жидкости, что приводит к повышенным уносам извлекаемых частиц с очищенной жидкостью.

Широкое распространение в мировой практике получили пневмомеханические флотомашины компании Outokumpu Technology («Outotec»). Фирма производит ряд флотационных машин: OK-U (U-образная камера) объемом 8, 16, 38, 50 м3; OK-R (камера прямоугольной формы) объемом 0,05; 1,5; 3 и 5 м3. Кроме того, фирма создает большеобъемные импеллерные машины чанового типа Tank Cell(TC): машины ТС с камерами вместимостью 5, 10, 20, 30, 50, 70, 100 и 130 м3 и машины TC-XHD с камерами 100, 160, 200 и 300 м3. Специалисты фирмы предлагают для достижения технологического эффекта флотировать частицы оптимальной крупности и мелкие частицы с помощью механизма MultiMix при обычной или повышенной рабочей скорости импеллера, а флотацию крупных частиц проводить с использованием механизма Free Flow при несколько меньшей рабочей скорости. Расход энергии на перемешивание в этом случае снижается с 0,7 до 0,55 кВт/м3 [27J.

К недостаткам флотационных машин компании Outokumpu Technology («Outotec») следует отнести несовершенную систему аэрации, в частности, аэратор располагается на большом расстоянии от дниша камеры. Это приводит к тому, что размеры пузырьков в этих флотомашинах, как правило, больше, чем во флотомашинах фирмы «Wemco».

Заслуживают внимания разработки фирмы «Дорр-Оливер» (США). Флотационная машина «Дорр-Оливер», выпускаемая фирмой «Дорр-Оливер» (США), состоит из квадратных или прямоугольных камер, имеющих в основном V-образное вертикальное поперечное сечение. В камере установлен аэратор, включающий ротор и круговой радиальный статор. Ротор состоит из диска и шести лопастей, которые крепятся к диску снизу. Лопасти имеют профиль, аналогичный профилю лопастей ротора машины «ОК». Две соседние лопасти образуют полость V-образной формы. В центре ротора имеется камера, которая соединяется с каждой из полостей каналами (рис. 2.12) [291.

Воздух из полого вала попадает в камеру и далее по каналам выходит на поверхность ротора.

Статор состоит из двух дисков, соединенных между собой стойками, и радиальных лопаток, крепящихся к верхнему диску. Лопатки перекрывают ротор до половины его высоты. Отсутствие лопаток в нижней части статора, поданным фирмы, улучшает перемешивание пульпы благодаря усилению донной циркуляции и снижает расход энергии. Зазор между лопатками статора и ротором составляет 16 % радиуса ротора. С помощью нижнего диска статор крепится ко дну камеры.

При вращении ротора пульпа со дна камеры засасывается вверх в полости между лопастями, смешивается внутри лопастей с воздухом, и образованная пульповоздушная смесь выбрасывается между лопатками статора в камеру. Пузырьки поднимаются в пену, а пульпа по дну камеры возвращается в зону импеллера (рис. 2.13). Камера флотома-шины «Дорр-Оливер», начиная с № 300, имеет У-образное вертикальное сечение, что способствует циркуляции пульпы и препятствует осаждению песков [29].

Съем пены двусторонний. Камера сверху может быть закрыта крышкой, являющейся также площадкой для обслуживания.

Принцип работы флотомашины «Дорр-Оливер» [29]

Рис. 2.13. Принцип работы флотомашины «Дорр-Оливер» [29]

Сжатый

а б в

Рис. 2.12. Флотационная машина «Дорр-Оливер»: а — поперечный разрез; б — ротор; в — статор; 1 — ротор; 2 — статор; 3 — камера;

4 — полый вал; 5 — камера для воздуха в роторе

Машина «Дорр-Оливер» компонуется из двухкамерных секций. Уровень пульпы в машине поддерживается вручную и автоматически. Технические характеристики машин «Дорр-Оливер» приведены в табл. 2.2 [29].

Флотомашины «Дорр-Оливер» по аэрационным характеристикам уступают флото-машинам фирмы Уетсо, в частности, интенсивность аэрации в этих машинах меньше, чем у известных аналогов. Это приводит к невысоким показателям извлечения загрязнений из сточных вод и в процессах обогащения полезных ископаемых.

Таблица 2.2. Технические характеристики флотационных машин «Дорр-Оливер»

машины

Размеры камеры, мм

Вместимость камеры, м3

Диаметр импеллера, м3

Окружная

скорость

импеллера, м/с

Расход подаваемого

воздуха на

камеру,

м3/мин

Установочная

мощность

электродвигателя на камеру, кВт

эо-юо

1524x1524x1220

3

500

4,5

4,2

7,5

эо-зоо

2286x2286x1880

8,5

650

5,5

7,8

15

00-600

2946x2692x2464

17

750

5,4

15,6

30

00-1000

3353x3353x2896

28,3

750

7,2

25,5

40

00-1350

3810x3581x3226

38

900

6,5

34

50

00-1550

3962x3962x3226

44

750

7,5

39,6

60

00-2500

4572x4572x3962

70

0,84

8,1

56,6

75

Компанией «Дегремон» [30] применяются флотаторы двух вариантов: металлическая конструкция (Ысйагиг В Я) диаметром до 8 м (рис. 2.14) либо бетонное сооружение диаметром до 20 м.

Радиальные флотаторы оснащаются донными и поверхностными скребками. В зависимости от назначения скорость флотации варьи-

Флотатор РІсЯагиг ВИ. [30]

Рис. 2.14. Флотатор РІсЯагиг ВИ. [30]:

I — поверхностные скребки (от 2 до 6); 2 — донные скребки; 3 — привод электродвигателя с редуктором; 4 — ходовой ролик; 5— удаление флотата; 6 — отвод донного осадка

руется от 2 до 10 м/ч, а доля рециркулируемой насыщенной воздухом воды составляет от 15 до 60 %. Число скребковых элементов и отводных лотков устанавливается в зависимости от объема удаляемых фло-топродуктов.

Флотатор Ріоіагиг Р (рис. 2.15) является комбинацией флокулятора 1 и флотатора 2 прямоугольной формы и наиболее приспособлен для обработки воды с невысоким содержанием взвешенных веществ. Скорость разделения фаз составляет от 6 до 12 м/ч, доля рециркулируемой насыщенной воздухом воды варьируется от 6 до 12 %.

Схема работы флотатора РІсЯагиг Р [30]

Рис. 2.15. Схема работы флотатора РІсЯагиг Р [30]:

/ — флокулятор; 2 — флотатор; 3 — камера смешения; 4 — форсунки; 5 — подвижный мостик; 6 — винтовой домкрат; 7 — отвод плавающих продуктов

После пребывания в течение 15—30 мин во флокуляторе, оснащенном низкоскоростным перемешивающим устройством, вода поступает либо в камеры смешения 3, размещенные параллельно, либо в зону размещения форсунок, где она контактирует с насыщенной воздухом водой 4.

Плавающие продукты с противоположного конца 7 флотатора удаляют с помощью гребков. Они установлены на подвижном мостике 5, возвратно-поступательное движение которого позволяет очистить от «пены» часть бассейна, где происходит уплотнение плавающего слоя без возмущения зоны расширения слоя над камерами смешения. В зависимости от размеров флотатора мостик может приводиться в движение винтовым домкратом 6 или электродвигателем [30].

Конструкция флотаторов стандартизирована на площадь флотации 120 м2 и обычно не оснащается донными скребками.

Принципиальная схема аппарата типа флотатор-фильтр [8]

Рис. 2.16. Принципиальная схема аппарата типа флотатор-фильтр [8]:

1 — флокулятор; 2 — фильтрующий слой (песок, двойной слой и т. п.); 3 — отвод фильтрованной воды; 4 — насос для подачи воды на насыщение воздухом; 5 — напорный бок; 6 — трубопровод для насыщенной воздухом воды; 7 — уплотненный слой флотопродуктов; 8 — отвод плавающих флотопродуктов и промывной воды

фильтра

Близость скоростей обрабатываемой воды в традиционном флотаторе и фильтре (5—12 м/ч) навела на мысль об использовании нижней зоны флотатора в качестве верхней части фильтра (рис. 2.16). Фильтрующий материал располагают не на традиционной плите, а на несущем полу с дренажными колпачками. Регулирующее устройство, установленное на выходе из фильтрованной воды, сохраняет постоянство ее уровня независимо от степени загрязненности фильтра.

Аппараты такого типа должны состоять из отдельных секций, включающих в себя систему флокулятор—флотатор—фильтр, поскольку при промывке фильтра:

  • • во флокулятор не должна подаваться вода;
  • • флотатор должен быть приведен в состояние перелива (удаление промывной воды и, при необходимости, слоя флотопродуктов).

Комбинированные флотационные машины фирмы «Дегремон» имеют недостаток, касающийся недостаточной оптимизации гидродинамических режимов, используемых в этих машинах различных процессов, в частности флокуляции, флотации, фильтрации.

Большой популярностью пользовались установки напорной флотации флотатор СПЦ (СПЦ Крофта [31]) — это радиальная емкость

Спиральный пеноотделитель

Вход очищенной воды

Ротационный

электроконтакт

воды Выход очищаемой воды

Вода

для рециркуляции

Рис. 2.17. Схема флотатора СПІД (СПЦ Крофта) [31]

Движущийся мост

Выход

седимента

из нержавеющей стали, сверху которой движется мост (рис. 2.17). На мосту располагается спиральный шламосборник-пеноотделитель и трубы подачи очищаемой воды. Забор очищенной воды происходит из нижней зоны флотатора трубами, которые также вращаются совместно с мостом.

Рабочая жидкость, т. е. смесь воды и воздуха, готовится из воды, отбор которой происходит из зоны чистой воды флотационных установок. Напорный насос транспортирует воду с давлением 6,0—6,5 бар в реактор для приготовления водовоздушной смеси (АДТ) через клапан и приводную трубу, на конце которой установлена форсунка. Одновременно в АДТ из компрессора подается воздух под давлением от 7 до 9 бар через специальную массу для воздухововлечения. Требуемое количество воздуха устанавливается при помощи дросселя, помещенного в нижней части расходомера.

Очищаемая вода самотеком или при помощи насоса подается в центральную часть флотатора, откуда по трубе с распределительными вентилями подается в емкость флотатора. Одновременно в эту же трубу подается водовоздушная смесь, подготовленная в реакторе АДТ.

В емкости флотатора происходит декомпрессия водовоздушной смеси, и пузырьки воздуха подхватывают загрязнения и флотируют их на поверхность резервуара, где образуется флотошлам, который собирается с поверхности спиральным ковшом.

Во флотационных установках СПЦ реализован эффект «нулевой скорости» (рис. 2.18 и 2.19) 131].

В традиционных флотационных установках всегда существует движение воды от входа к выходу через весь объем установки. Вызванная этим движением воды турбулентность является негативным

Спиралеобразный ковш

Выход сфлотированного шлама т ’ Выход очищенной воды Рис. 2.18. Принцип работы флотатора СПЦ (СПЦ Крофта) [31]

Скорость

вращения

моста

0-я скорость

Скорость входа воды во флотатор

Флотопена

|| - гг > I '

О 200 400 600 800 1000

Рис. 2.6. Зависимость изменения концентрации гидрофобных загрязнений (нефтепродуктов) от времени флотации с учетом коалесценции:

/ — в осветляемой жидкости; 2— в виде флотокомплексов; 3 — в пенном продукте;

4 — в состоянии микрофлотокомплекса

Зависимость изменения концентрации взвешенных веществ от времени

Рис. 2.7. Зависимость изменения концентрации взвешенных веществ от времени

флотации с учетом коалесценции:

/ — в осветляемой жидкости; 2— в виде флотокомплексов; 3 — в пенном продукте;

4— в состоянии микрофлотокомплекса

к(,

Рис. 2.8. Схема многостадийной модели ионной флотации

с1СА

Ж

с!С

- кС л + к2С в кт)СААСс к15С А + к1()С Е',

в

Ж

с1С

- кСА - к2Св - к5Св + кьС0 - киСв + &14СЕ;

с

  • (ІС
  • - кзСА ~ ^4 С с ~ куСс + к% С о'’
  • (2.12)

о

Ж

с1СЕ

Ж

(1СЕ

. ж

  • - С в ~ к(,С0 + куСс - к<&С0 - к9С0 + кюСЕ;
  • - к<)С0 - к0СЕ - киСЕ + кпСЕ;
  • - кСе ~ + кхъСв ~ ^14СЕ + к$СА - к[6СЕ.

фактором для флотации и значительно снижает эффективность флотационных установок.

Во флотационной установке СПЦ вход и выход не являются неподвижными, они оба вращаются вокруг центра. Очищаемая вода непрерывно подается в установку через вращающуюся входную распределительную трубу, а очищенная вода непрерывно выводится через вращающиеся трубы сбора очищенной воды. Скорость входной воды и скорость моста синхронизированы так, что во время флотации вода в резервуаре неподвижна.

Таким образом достигается эффект «нулевой скорости». Это означает, что эффективность флотации приближается к максимальным теоретическим пределам, а на практическом уровне это позволяет довести эффект очистки практически до 100 % [31].

Анализ работы флотационных машин фирмы СПЦ Крофта наряду с их несомненными достоинствами указывает на сложность их конструкции.

Совершенствование флотационной техники по пути сочетания различных функций в одном корпусе аппарата развивается многими разработчиками [23, 31—38, 45—52], в том числе и нами [23, 32, 34, 36—40, 43]. При этом, как видно из приведенного выше анализа, в одном корпусе флотационной машины или аппарата устанавливаются, например, блоки аэрации для осуществления флотационного процесса и элементы конструкций, характерные для процесса отстаивания, и в итоге имеем комбинированный аппарат — флотоотстойник. Хорошо известны также флотомашины, в которых сочетаются функции кондиционирующих и флотационных аппаратов [36]. Однако до сих пор не существует четких методических подходов к разработке многофункциональных аппаратов, в которых основным процессом является флотация.

Нами в последние годы предприняты успешные попытки создания таких комбинированных аппаратов — флотокомбайнов, в которых последовательно осуществляются такие подготовительные процессы, как коагуляция, флокуляция и другие, которые способствуют разделению осветляемой системы, а также непосредственно процессы флотации, отстаивания и фильтрации.

Примеры создания и внедрения таких комбинированных аппаратов осуществляются нами на очистных сооружениях различных производств.

На рис. 2.20 представлен образец комбинированной флотомашины со встроенным фильтром.

Опытный образец комбинированной флотомашины пневматического

Рис. 2.20. Опытный образец комбинированной флотомашины пневматического

типа с фильтрующим элементом

В такой флотомашине наиболее мелкие флотокомплексы успевают достигать пенного слоя и не уносятся с потоком очищаемой жидкости, что позволяет существенно повысить эффективность очистки сточных вод.

Флотационное сгущение осадков, в том числе активного ила, отличается простотой и достаточно небольшой продолжительностью процесса, в связи с чем этот способ получил широкое распространение как в России, так и за рубежом [23, 43].

Французская компания Р1ое^ег, как и принято в мировой практике, разделяет прямую (без рабочей жидкости) и непрямую флотацию (с рабочей жидкостью) активного ила. Р1ри осуществлении прямой флотации (рис. 2.21) насыщается воздухом необработанная (исходная) суспензия активного ила, а при непрямой (рис. 2.22) — вода, отобранная из зоны осветления [441.

Прямая флотация активного ила, как считают некоторые разработчики, в ряде случаев более эффективна, чем непрямая, но при ее использовании могут возникать трудности. При этом другая группа разработчиков придерживается противоположного мнения. По нашему мнению, надо выбирать при использовании на практике ту разновидность способа напорной флотации, которая наиболее подходит к конкретным условиям.

Компания «КУ1» разрабатывает множество видов флотаторов, в том числе для сгущения активного ила. Для небольших станций (от 16 до 300 м3/ч) компания изготавливает флотатор МтшсеП, который представлен на рис. 2.23 [431. Флотатор недорогой и достаточно прост в управлении. В этой конструкции флотатора предусмотрен спиральный сборник для удаления флотошлама.

Компрессор

Регулирующий «Белая вода» вентиль

Воздух

Резервуар повышенного давления

Необработанный ил

Переходная Зона

зона

Рециркуляционный насос

расслаивания

I

N

продукт

Ил после флотации

Зона осветления Зона контакта

Компрессор

Резервуар

повышенного

давления

Переходная

зона

Зона

расслаивания

/ ?

Нижний

продукт

Ил после флотации

Регулирующий вентиль

Рис. 2.21. Прямая флотация

Необработанный ил

Воздух

Зона осветления

Зона контакта Зона декантации

Удаление плотных Зона декантации элементов

Рис. 2.22. Непрямая флотация (с рабочей жидкостью)

Также для сгущения илов применяется флотатор ишсеП компании «КЛУ1» производительностью от 18 до 170 м3/ч (рис. 2.24) [43. Данный флотатор можно использовать без применения химикатов за счет длительного пребывания воды.

Флотатор УшсеП компании «КЛУ!» [41]

Рис. 2.24. Флотатор УшсеП компании «КЛУ!» [41]

Для станций высокой производительности компания «К4» предлагает флотатор 1У^асе11 (рис. 2.25), основным достоинством которого является высокая гидравлическая нагрузка, вследствие чего он занимает мало места [43]. Высокая гидравлическая нагрузка достигается благодаря использованию и-образных элементов, с помощью которых одновременно осуществляются прямоточная и противоточ-ная разновидности способа напорной флотации.

В качестве недостатка флотационной техники «К?1» следует отметить ее достаточную сложность.

Интенсификация флотационного процесса сгущения активного ила предложена и в наших разработках [44, 53]. Сущность предлагав-

мого подхода состоит в том, что в сгущаемую суспензию активного ила перед флотацией вводится насыщенный раствор углекислого газа с расходом 5—10 % от расхода суспензии. В результате использования такого приема достигается повышение степени сгущения в 1,5—2 раза по сравнению с традиционным флотационным способом сгущения активного ила.

Приведенные примеры повышения эффективности флотационного разделения суспензии активного ила и очистки сточных вод указывают на отдельные возможные пути развития флотационной техники, а общие направления совершенствования этого вида оборудования связаны, конечно, с более широким применением теоретических основ флотационного процесса, в том числе многостадийной модели флотации [5].

Таким образом, проведенный анализ научно-технических решений в области флотационной очистки сточных вод и развития флотационной техники показал, что за последние годы утвердились новые основы флотационного процесса, а в области развития флотационного оборудования произошли качественные изменения. В первую очередь, развитие флотационного оборудования пошло по пути создания наиболее удовлетворяющего оптимальному режиму флотационного процесса, а также расширения функций флотационного оборудования, включая и использование сопутствующих процессов в одном корпусе аппарата. Видимо, в ближайшей перспективе эти тенденции сохранятся.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >