Комбинированные флотационные машины и аппараты — предшественники флотокомбайнов

Ранее Б.С. Ксенофонтовым были разработаны механические флотационные машины [5], в частности ФКМО-0,15 (рис. 5.3), на основе комбинированного способа извлечения гидрофобных загрязнений, позволяющие интенсифицировать флотационный процесс. Они отличаются от известных наличием эффективно работающих импел-лерных блоков, успокоительной решеткой для сохранности пенного слоя, а также устройств для улавливания микрофлотокомплексов. Применение указанных выше элементов и устройств повышает степень аэрации и уменьшает размеры пузырьков воздуха, а также позволяет уменьшить вынос флотокомплексов частицы загрязнений— пузырьки газов с очищаемой жидкостью.

Схема комбинированной флотомашины с успокоительной решеткой

Рис. 5.3. Схема комбинированной флотомашины с успокоительной решеткой:

/ — корпус; 2 — входной патрубок; 3 — импеллерные блоки; 4 — пенный желоб; 5 — успокоительная решетка; 6 — патрубок для слива камерного продукта (воды);

7 — патрубок вывода пенного продукта; в — воздух

Проводимые нами в последние годы работы по совершенствованию флотомашин касались в первую очередь создания необходимой гидродинамической обстановки во флотокамерах этого типа флотомашин. В первых по ходу очищаемой жидкости флотокамерах создавали режим с минимальным всасыванием воздуха для эффективной обработки сточной жидкости реагентами. Обычно это первые две по ходу очищаемой жидкости флотокамеры, в отдельных случаях и одна камера.

В остальных 1—2 камерах механической флотомашины проводился флотационный процесс очистки. Чаще всего для этих целей использовалась 4-камерная флотационная машина оригинальной конструкции. Для создания описанного выше режима использовались аэраторы оригинальной конструкции с различными углами наклона лопаток. При использовании аэраторов с углами наклона 30—60° во флотокамере создается гидродинамическая обстановка с минимальным количеством так называемых мертвых зон, где скорости движения жидкости минимальны или близки к нулю.

Это подтверждается как экспериментально с использованием «пробных» тел, так и путем расчета с применением специальных программ. В табл. 5.1 представлены результаты сравнительных лабораторных испытаний прямоприводных осевых импеллеров.

Таблица 5.1. Результаты сравнительных лабораторных испытаний прямоприводных осевых импеллеров

п/п

Показатели

Варианты импеллеров

Импеллер

КСА

Вариант I

Вариант 11

Вариант 111

Вариант IV

1

Объем камеры, л

35

35

35

35

35

2

Окружная скорость импеллера, м/с

9,1-12,1

9,1-12,1

9,1-12,1

9,1-12,1

9,1-12,1

3

Объем засасываемого воздуха, м/м мин

0,20-0,40

0,20-0,40

0,20-0,40

0,20-0,40

0,20-0,40

4

Объем мертвых зон в камере, %

45-30

10-0

8-0

5-0

4-0

5

Потребляемая мощность, кВт

0,11-0,30

0,27-0,52

0,28-0,50

0,28-0,49

0,30-0,50

Данные, представленные в табл. 5.1, показывают, что минимальное количество мертвых зон наблюдается при использовании импеллеров, выполненных по варианту IV. Использование таких импеллеров более предпочтительно, чем других (варианты I—III).

Кроме описанных параметров, существенное влияние на флотационный процесс извлечения загрязнений из сточной жидкости оказывает и состояние подпенного и непосредственно пенного слоев. В случае турбулентной обстановки в зоне подпенного, а тем более пенного слоев возможно разрушение флотокомплексов и падение сфлотированных частиц загрязнений снова в очищаемую жидкость.

В отдельных случаях из пенного слоя может выпадать до 50—60 % сфлотированных частиц загрязнений. Для уменьшения влияния этого отрицательного явления на процесс флотационной очистки сточных жидкостей в описанной выше флотомашине выше аэраторов установлены решетки. Эти решетки имеют «живое» сечение 25—30 % от общей площади решеток. Использование решеток позволяет существенно успокоить восходящий поток жидкости и снизить турбулиза-цию среды в подпенном слое и, следовательно, резко уменьшить выпадение частиц загрязнений из пенного слоя в очищаемую жидкость.

Применение решеток позволяет также уменьшить рабочую глубину флотокамеры. По нашим экспериментальным данным, резкое снижение турбулизации среды в подпенном слое без решеток достигается при соотношении глубины флотокамеры к ее ширине примерно как 2:1, а в случае использования решеток — соответственно как 1,5:1. Возможны и более точные соотношения, а приведенные значения иллюстрируют в значительной степени эффективность использования решеток не только для уменьшения выпадения частиц загрязнений из пенного слоя в очищаемую жидкость, но и уменьшение рабочего объема флотокамеры и, следовательно, металлоемкости флотомашины с успокоительными решетками.

Дальнейшие теоретические расчеты и проведение экспериментов должны уточнить как площадь «живого» сечения решеток для конкретных условий, так и их расположение относительно аэратора. Однако ситуация в целом достаточно ясна.

Установленная во флотокамере решетка делит рабочее пространство внутри флотокамеры на пространство вокруг аэратора, в котором, можно с большой уверенностью утверждать, что флотационный процесс под решеткой происходит в режиме идеального смешения, а в пространстве над решеткой — режим идеального вытеснения.

Используя многостадийную модель флотационного процесса, предложенную нами [5, 251, можно описать процесс флотационного извлечения загрязнений из сточной жидкости в такой флотомашине в два этапа: на первом этапе — в режиме идеального смешения, а на втором — в режиме идеального вытеснения (рис. 5.4).

Пребывание пенного слоя в гидродинамической обстановке с режимом идеального вытеснения гораздо более благоприятно сказывается на его сохранении и практически полном удалении из зоны флотации.

Сс

Схема флотационного процесса во флотокамере с успокоительной решеткой

Рис. 5.4. Схема флотационного процесса во флотокамере с успокоительной решеткой:

С0 — начальная концентрация частиц загрязнений в исходной сточной жидкости; СА — концентрация загрязнений в очищаемой жидкости по истечении времени г; Св — концентрация флотокомплексов в момент времени /; Сс — концентрация загрязнений в пенном слое в момент времени /; 7, — время, в течение которого очищаемая жидкость находится в режиме идеального смешения; /2 — время, в течение которого очищаемая жидкость находится в режиме идеального вытеснения

Схема автономной флотокамеры для отработки

Рис. 5.5. Схема автономной флотокамеры для отработки

технологического режима

Дальнейшее развитие такого подхода, возможно, уточнит особенности расчета флотомашин этого типа, однако вряд ли изменит теоретические основы развиваемого нами способа расчета флотационной техники.

Для проведения исследований была разработана и создана автономная флотокамера (рис. 5.5), представляющая собой емкость, внутри которой вращается вал аэратора /, приводя в движение аэратор 2, расположенный в обсадной трубе 3, имеющей в своей нижней части окна рециркуляции. При вращении под аэратором создается разряжение, которое стимулирует циркуляцию потоков суспензии во флото-камере 6 и дополнительно подсасывает воздух из атмосферы через патрубок подвода воздуха 4. Для успокоения пенного слоя во флото-камере размешены успокоительные пластины 5.

Эксперименты были проведены на водопроводной воде. Диаметр аэратора составлял 40 мм. При этом изменялась частота вращения аэратора. Исследовалась всасывающая способность и размеры образующихся пузырьков воздуха.

Визуальные наблюдения отснятых фото- и видеоматериалов показали, что размеры пузырьков воздуха, образующихся в области над аэратором, составили в среднем 1 — 1,5 мм. На рис. 5.6 представлено увеличенное изображение процесса образования пузырьков воздуха в области аэратора. Скорость всплывания пузырьков оптимальна для слипания с загрязнителем. Пузырьки воздуха распределены равномерно по объему флотокамеры, что вполне достаточно для эффективной работы установки.

Увеличенное изображение процесса образования пузырьков воздуха

Рис. 5.6. Увеличенное изображение процесса образования пузырьков воздуха

в области аэратора

Таким образом, экспериментально установлено, что при данной схеме реализации флотационного процесса наблюдается равномерное аэрирование пульпы во флотокамере. Образуются пузырьки воздуха оптимального размера 1 — 1,5 мм.

Похожие принципы к разработке флотационных машин и аппаратов были заложены и в напорных установках (рис. 5.7). Отличие их

от известных аналогов состоит в том, что из воды интенсивно выделяются пузырьки воздуха, находящиеся непосредственно на частицах (каплях) примесей, образуя флотокомплексы, которые всплывают в пенный слой. Комплексы с малой подъемной силой вместе с потоком воды попадают в первый блок тонкослойного осветления, где в естественных условиях происходит коалесценция пузырьков воздуха и, соответственно, увеличение подъемной силы этих комплексов. Далее очищаемая вода попадает во второй блок, предварительно проходя через сетку с гидрофобной поверхностью, затем через регулирующее устройство уровня жидкости в фильтр с угольной загрузкой. Эффективность очистки воды с использованием такой флотомашины может достигать 95—98 %.

Порог перелива

13 15

Рис. 5.7. Напорная флотационная установка:

1 — сатуратор; 2 — источники неоднородного поля (постоянные магниты); 3 — соединительный трубопровод; 4 — входной патрубок; 5 — дросселирующее устройство; 6, 10 — блок тонкослойного осветления; 7 — флотокамера; 8 — пеносъемное устройство; 9 — сетка; 11 — устройство регулирования уровня жидкости; 12 — фильтр с угольной загрузкой; 13, 14 — решетки; 15 — выходной патрубок

В последнее время используются усовершенствованные электро-флотационные аппараты комбинированного типа, такие как внедренный нами на заводе «Физприбор» (рис. 5.8), отличительной особенностью которого является секция смешения, выполненная в виде усеченной пирамиды. В нее поступают сточные воды вместе с реагентом, предварительно подвергаясь обработке индуцированным

Электрофлотационный аппарат комбинированного типа

Рис. 5.8. Электрофлотационный аппарат комбинированного типа:

1 — корпус; 2, 3 — патрубки для ввода сточных вод и реагента; 4, 5 — патрубки для вывода очищенной воды и пенного продукта; 6 — секция смешения; 7 — секция пневмомеханической флотации; 8, 9 — секции для электрофлотации; 10 — электромагнит; 11 — патрубок с пористым материалом для подачи воздуха; 12 — импеллер; 13, 14 — электроды; 15 — пеносъемное устройство; 16 — решетки, между

которыми создается псевдоожиженный слой 17

Сточная вода

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 1718192021 22

Установка для очистки жиросодержащих сточных вод

Рис. 5.9. Установка для очистки жиросодержащих сточных вод:

1,9— входной патрубок; 2 — корпус горизонтального отстойника; 3, 13 — блок тонкослойного осветлителя; 4 — донная часть отстойника; 5 — трубопровод; 6 — перегородка; 7, 15 — устройство регулирования уровня жидкости; 8, 17, 22 — выходной патрубок; 10 — корпус пневматической флотомашины; 11 — перегородка между камерами флотомашины; 12 — резиновые пористые аэраторы; 14 — комбинированная фильтрующая загрузка; 16— камера условно чистой воды; 18— насос; 19 — корпус фильтра; 20 — магнитная часть фильтрующей загрузки; 21 — немагнитная часть фильтрующей загрузки

электрическим полем на участке трубы, на котором с внешней стороны расположен электромагнит. Далее происходит перемешивание и флотация сфлокулированных частиц тонкодисперсной суспензии за счет создания псевдоожиженного слоя из полимерных частиц размером 1,5—2,5 мм между решетками. Затем происходит флотоочистка в камере с импеллером и доочистка в электрофлотационной камере. Эффективность работы такого аппарата по нефтепродуктам может достигать 99 %.

На заводе растительных масел внедрена комбинированная пневматическая флотационная машина [77] (рис. 5.9).

Данная установка (см. рис. 5.9) является одной из наиболее эффективных пневматических флотационных машин последнего времени. Она проста в конструкции и потребляет мало электроэнергии, а наличие фильтрующей загрузки говорит о необходимости ее регенерации.

Сравнительная эффективность и особенности извлечения гидрофобных и гидрофильных загрязнений из сточных вод при использовании различных типов флотационных машин даны в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Примерная сравнительная эффективность извлечения гидрофобных и гидрофильно-гидрофобных загрязнений из сточных вод в различных флотационных машинах комбинированного типа и обычного исполнения

Тип флотационных машин и аппаратов

Эффективность извлечения загрязнений, %

гидрофобных

гидрофильно

гидрофобных

Механические*

60-70

10-15

П невматические*

55-65

10-15

Напорные*

90-95

50-70

Электрофлотационные*

90-98

85-95

Флотационные механические машины обычного исполнения**

45-55

5-10

  • * Данные, полученные автором при испытаниях флотомашин комбинированного типа собственной конструкции.
  • ** Данные, полученные автором при испытаниях флотомашин обычного исполнения.

Анализ представленных в табл. 5.2 данных показывает, что эффективность очистки сточных вод от гидрофобных и гидрофильно-гидро-фобных загрязнений выше в машинах комбинированного типа.

В качестве перспективной разработки нами предложены различные типы флотоотстойников, представляющих частный случай комбинированных флотационных аппаратов — флотокомбайнов. Схемы флотокомбайнов в большинстве случаев могут включать несколько технологических стадий, например кондиционирование — флотация — отстаивание — фильтрация (рис. 5.10). При этом очередность проведения технологических стадий может быть различной в зависимости от вида сточных вод и требований к их очистке.

Контактирование сточных вод

Схема очистки воды во флотокомбайне

Рис. 5.10. Схема очистки воды во флотокомбайне

В качестве примера рассмотрим предложенный нами простейший вариант флотокомбайна в виде флотоотстойника. Предложенный флотоотстойник [83] включает корпус, разделенный на отстойную и флотационную камеры, на внешней стороне которого установлены патрубки для подвода грязной воды и отвода очищенной воды, осадка и флотошлама, причем внутри отстойной камеры расположен блок тонкослойного осветления, а на входе во флотационную камеру устройство для диспергирования воздуха, и при этом блок тонкослойного осветления выполнен в виде расходящихся под углом от 3 до 300 пластин, а внутри флотационной камеры дополнительно установлен фильтр, кроме того, блок тонкослойного осветления выполнен из системы пластин, изготовленных из листового волнистого материала, с длиной и высотой волны соответственно 10—30 см и 1—5 см, а также устройство для диспергирования воздуха, изготовленное в виде трубчатого аэратора, а фильтр во флотационной камере — из пористого волокнистого материала с размером пор 1 — 100 мкм (рис. 5.11). Дополнительно в отстойной камере установлено перемешивающее устройство для контактирования грязной воды с раствором реагента.

Предлагаемый флотоотстойник с последовательно установленными отстойной и флотационной камерами состоит из корпуса /, на внешней стороне которого находятся патрубки подачи грязной воды 3, раствора реагента 4, патрубки отвода флотошлама 8, очищенной воды 9, осадка сточных вод 12, 16, установленных на конических бункерах сбора осадка, и трубчатого аэратора 14 с патрубком /5 для подачи рабочей жидкости в виде смеси воды и воздуха.

Флотоотстойник с последовательно расположенными отстойной и флотационной камерами

Рис. 5.11. Флотоотстойник с последовательно расположенными отстойной и флотационной камерами

Внутри корпуса 1, в частности в отстойной камере 2, последовательно расположены перемешивающее устройство в виде мешалки 5 и блок тонкослойного осветления 6, состоящий из пакета пластин, наклоненных друг к другу под углом а, равным от 3 до 30°, в зависимости от качества осветляемой воды. При этом пластины могут быть выполнены из волнистого материала с длиной и высотой волны соответственно 10—30 см и 1—5 см. Внутри флотационной камеры, в ее нижней части, расположен трубчатый аэратор 14, а в средней по высоте части — фильтр 10, выполненный из пористого волокнистого материала с размерами пор 1 — 100 мкм.

В нижней части корпус 1 флотоотстойника опирается на опорные стойки 11.

В результате очистки сточных вод в предлагаемом отстойнике степень извлечения загрязнений достигает 90—99 %, и при этом удельная гидравлическая нагрузка составляет 9—11 м32 ч.

Возможно исполнение флотоотстойника, в котором вода поступает сначала во флотационную, а затем в отстойную камеры (рис. 5.12).

Уровень

Флотоотстойник с последовательно расположенными камерами флотации и отстаивания

Рис. 5.12. Флотоотстойник с последовательно расположенными камерами флотации и отстаивания

Особенностью работы флотоотстойника колонного типа (рис. 5.13) является одновременное осуществление процессов отстаивания в камере 2 и флотации в камере 7. При этом длительность результирующего процесса контролируется по лимитирующей стадии очистки, которая определяется в результате предварительных испытаний.

Уровень

Осветленная

вода

Рис. 5.13. Флотоотстойник колонного типа

А-А

Раствор

реагентов

Таким образом, предлагаемый флотоотстойник позволяет осуществить более глубокую очистку сточных вод, в частности повысить степень извлечения загрязнений примерно на 10—15 % и повысить удельную гидравлическую нагрузку на 20—25 % по сравнению с соответствующими показателями известных флотоотстойников.

Для очистки сточных вод производства бытовой техники нами разработан флотоотстойник (рис. 5.14). Отличительной особенностью этого флотоотстойника является установка в зонах флотации и отстаивания блоков тонкослойного осветления с различным межпо-

  • 2 3
  • 5 6 7 8

Зона отвода

Грязная

вода

Схема многокамерной флотационной механической машины

Рис. 5.14. Схема многокамерной флотационной механической машины:

1 — корпус; 2 — патрубок для подачи сточной воды; 3 — механическая мешалка; 4, 6 — полупогружные перегородки; 5 — полки тонкослойного осветления зоны флотации; 7 — полки тонкослойного осветления зоны отстаивания; 8 — пенный порог; 9 — патрубок отвода очищенной воды; 10 — опоры; 11 — резервуар для сбора пенного продукта

лочным расстоянием (рис. 5.14, поз. 5, 7). Использование таких блоков позволяет оптимизировать гидродинамический режим в зонах флотации и отстаивания.

Проведенные промышленные испытания образца флотоотстой-ника такого типа (см. рис. 5.14) показали его эффективность при использовании в процессах очистки сточных вод (табл. 5.3).

Представленные в табл. 5.3 данные не превышают установленных нормативов, что подтверждает высокую эффективность очистки сточных вод с использованием комбинированных флотационных установок. В случае необходимости интенсификации процесса можно добиться путем использования дополнительных узлов, например путем установки блоков электрообработки, вибровоздействия и т. д. В отдельных случаях эффективность очистки от использования указанных дополнительных блоков может быть повышена на 40-50 %.

Определяемый показатель

Норматив,

мг/дм3

Результат измерения концентрации загрязняющих веществ, мг/дм3

і[1]

2

3

4

5

Вход

Выход

Вход

Выход

Вход

Выход

Вход

Выход

Вход

Выход

Водородный показатель pH

6,5-8,5

7,83

7,93

10,51

8,63

7,76

8,38

7,74

7,96

8,7

7,9

Цинк

2,5

0,63

0,44

0,27

0,13

0,184

0,048

0,192

0,026

0,117

0,055

Железо общее

1,0

0,35

0,104

0,19

0,09

0,81

0,19

0,44

0,13

0,34

0,16

Сульфаты

<300

222

184

_[2]

125

ПО

175

138

263

133

Поверхностно-активные вещества (ПАВ)

0,1

0,615

<0,025

0,328

<0,025

0,157

0,052

0,56

<0,025

0,235

<0,025

Нефтепродукты

0,5

1,16

0,068

1,9

0,09

2,03

0,016

1,35

0,12

1,6

0,162

Фосфор общий

0,2

0,27

0,071

1,30

0,141

0,14

0,09

0,17

0,131

5.2. Комбинированные флотационные машины и аппараты... 141

  • [1] Номера режимов испытаний.
  • [2] Данные отсутствуют.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >