Патент на изобретение №2343121

(54) ЭЛЕКТРОФЛОТАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

(57) Реферат:

Изобретение относится к электрохимическим методам очистки сточных вод. Электрофлотатор содержит цилиндрическую камеру флотации, блок электродов, камеру отстаивания, устройство для сбора и эвакуации пены, водораспределительное устройство и устройства подачи и отвода воды. Камера флотации имеет в своей средней части сужение, выделенное в ней конфузором и диффузором, и установленный в нем блок электродов чередующейся полярности в виде коаксиальных цилиндрических оболочек. Водораспределительное устройство образовано конфузором и нижней частью камеры флотации с наклонным дном. Устройство подачи воды выполнено в виде патрубка, тангенциально сопрягаемого с нижней частью камеры и сообщенного через регулировочный вентиль с напорным патрубком насоса. Камера отстаивания образована сопряжением нижней части камеры флотации с ее наклонным дном. Устройство отвода воды состоит из отводного патрубка, коаксиального камере флотации, имеющего вверху сливную воронку, оснащенную направляющими лопатками, и сообщенного через регулировочный вентиль с магистралью слива и через запорный вентиль – с всасывающим патрубком насоса. Устройство сбора и эвакуации пены состоит из воздушного коллектора с кольцевым соплом и коническим дефлектором, сообщенного с напорным патрубком вентилятора и регулировочным шибером, и перфорированной головки, сообщенной через циклон с всасывающим патрубком вентилятора. Конструкция электрофлотатора позволяет интенсифицировать процесс очистки, что дает возможность выполнить его компактным, это наряду с простотой устройства и эффективностью работы обеспечивает возможность применения его в системе очистки сточных вод индивидуального потребителя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электрохимическим методам очистки сточных вод и может быть использовано на предприятиях нефтеперерабатывающей, машиностроительной, пищевой отраслей промышленности, а также на очистных сооружениях коттеджных поселков.

Известен электрофлотатор (а.с. №929584, 23.05.1982, C02F 1/46), содержащий корпус, являющийся анодом, выполненный в виде усеченного конуса с днищем, эквидистантный корпусу катод, устройства для ввода и вывода воды и для удаления пены, причем катод снабжен продольными зубьями, а внутренняя поверхность корпуса выполнена ступенчатой.

Недостатком известного устройства является его значительное гидравлическое сопротивление потоку обрабатываемой жидкости, причиной которого являются продольные зубья катода и ступеньки корпуса.

Известен аппарат для электрофлотационной очистки сточных вод (патент №2051117 С1, 27.12.1995, C02F 1/465), содержащий цилиндрическую камеру флотации с размещенным в ее нижней части электродным блоком, камеру отстаивания, скребковое устройство для эвакуации пены в виде пенного желоба, вращающееся водораспределительное устройство, устройства для подачи и отвода воды, причем камера отстаивания выполнена в виде цилиндра, внутри которого размещена коаксиально ему камера флотации, блок электродов выполнен в виде коаксиальных усеченных конусов чередующейся полярности, обращенных меньшим основанием вверх и установленных под углом 10÷30° к вертикальной оси, водораспределительное устройство выполнено в виде сегнерова колеса, снабженного водораспределительными трубами, в верхней части которых размещены сопла под углом 10÷30° к горизонтальной оси, и установленного под блоком электродов.

Недостатками известного аппарата являются:

– сложность конструкции;

– отсутствие регулирующего уровень воды устройства, обеспечивающего точное совпадение слоя пены с траекторией движения скребкового пеногона в случае засорения сопел водораспределительного устройства, ведущего к падению величины расхода очищаемой воды и, как следствие этого, к снижению уровня воды в камере отстаивания в пределах толщины потока воды через край кольцевой перегородки шиберного кармана;

– отсутствие отсоса пены из пенного желоба, что может привести к переполнению последнего в случае попадания в очищаемую воду веществ, увеличивающих стабильность пены, что может значительно снизить естественный отток ее по трубке;

– значительное гидравлическое сопротивление потоку очищаемой воды, оказываемое блоком электродов, поскольку общее перемещение всей массы воды осуществляется по траектории, соответствующей винтовой линии, не совпадающей с направлением стенок усеченных конусов на 10÷30°. Совпадают с направлением стенок только струи воды из сопел;

– разрушение части пены при контакте ее с твердой поверхностью скребкового пеногона, что значительно снижает эффективность работы аппарата.

Известный аппарат наиболее близок по техническим результатам и сути к заявляемому изобретению.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы электрофлотатора по очистке сточной воды за счет снижения гидравлического сопротивления электрофлотатора, эффективных сбора и эвакуации пены, увеличения флотационной способности электрофлотатора путем снижения размеров электролизных пузырьков, поддержания уровня воды в заданных пределах, предварительной очистки воды от макроскопических частиц загрязнения и рециркуляции очищаемой воды.

Техническая задача по электрофлотатору для очистки сточных вод, содержащему цилиндрическую камеру флотации, блок электродов, камеру отстаивания, устройство для сбора и эвакуации пены, водораспределительное устройство и устройства подачи и отвода воды, решается согласно изобретению тем, что камера флотации имеет в своей средней части сужение, выделенное в ней конфузором и диффузором, и установленный в нем блок электродов чередующейся полярности в виде коаксиальных цилиндрических оболочек, водораспределительное устройство образовано конфузором и нижней частью камеры с наклонным дном, устройство для подачи воды состоит патрубка, тангенциально сопрягаемого с нижней частью камеры флотации, сообщенного через регулировочный вентиль с напорным патрубком насоса, камера отстаивания образована сопряжением нижней части камеры флотации с ее наклонным дном, устройство для отвода воды состоит из отводного патрубка, коаксиального камере флотации, имеющего в верху сливную воронку, оснащенную направляющими лопатками, и сообщенного через регулирующий вентиль с магистралью слива и через запорный вентиль с всасывающим патрубком насоса, устройство сбора и эвакуации пены состоит из воздушного коллектора с кольцевым соплом и коническим дефлектором, сообщенного с напорным патрубком вентилятора и регулировочным шибером, и перфорированной всасывающей головки, сообщенной через циклон с всасывающим патрубком вентилятора, а также решается тем, что электрофлотатор включает регулятор уровня воды, состоящий из прямого колена, тангенциально сопрягаемого со входом диффузора, на вертикальном звене которого посажен с возможностью осевого перемещения сливной затвор, связанный системой тросов со шкивами, включающей балансир и обратный полиспаст, с кольцевым поплавком, и сборной воронки, которая вместе с кольцевым переливным карманом по верху камеры флотации сообщена через поплавковый клапан с всасывающим патрубком насоса.

Сущность изобретения поясняется чертежами: Фиг.1 – схема флотатора; Фиг.2 – Вид А; Фиг.3 – сечение Б-Б; Фиг.4 – сечение В-В.

Электрофлотатор для очистки сточных вод состоит из цилиндрической камеры 1 флотации с сужением 2 в ее средней части 3, выделенным в камере 1 с помощью конфузора 4 и диффузора 5. В сужении 2 установлен блок 6 электродов чередующейся полярности из коаксиальных цилиндрических оболочек 7. Конфузор 4 вместе с нижней частью 8 камеры 1 образуют водораспределительное устройство 9. Нижняя часть 8 имеет наклонное дно, в сопряжении с которым она образует камеру 10 отстаивания с краном 11 для слива загрязнений. Устройство подачи воды 12 состоит из патрубка 13, тангенциально сопрягаемого с нижней частью 8 камеры 1, сообщенного через регулировочный вентиль 14 с напорным патрубком насоса 15. Устройство 16 для отвода воды включает отводной патрубок 17, коаксиальный камере 1, имеющий на верху сливную воронку 18 с направляющими лопатками 19. Отводной патрубок 17 сообщен через регулировочный вентиль 20 с магистралью 21 слива и всасывающим патрубком насоса 15. Насос 15 сообщен с магистралью 22 подачи воды на очистку. Устройство 23 для сбора и эвакуации пены состоит из воздушного коллектора 24 с кольцевым соплом 25 и конического дефлектора 26. Коллектор 24 сообщен с напорным патрубком вентилятора 27, напор которого регулируется шибером 28. Устройство 23 также включает перфорированную всасывающую головку 29, сообщенную через циклон 30 с всасывающим патрубком вентилятора 27. В начале диффузора 5 тангенциально сопряжено с камерой 1 флотации прямое колено 31 регулятора 32 уровня воды. На вертикальном звене 33 колена 31 посажен с возможностью осевого перемещения сливной затвор 34, скомплектованный со сборной воронкой 35. Затвор 34 системой 36 тросов и шкивов, включающей обратный полиспаст 37 и балансир 38, связан с кольцевым поплавком 39, зафиксированным от вращения в горизонтальной плоскости. По верху камеры 1 флотации размещен переливной карман 40, вместе со сборной воронкой 35 сообщенный через поплавковый клапан 41 с всасывающим патрубком насоса 15. Через запорный вентиль 43 магистраль слива 21 сообщена с всасывающим патрубком насоса 15.

Электрофлотатор для очистки сточной воды работает следующим образом: по магистрали 22 сточную воду подают в насос 15, откуда по тангенциальному патрубку 13 устройства 12 подачи вода поступает в водораспределительное устройство 9, конкретно в нижнюю часть 8 камеры 1, закручивается и образует в ней вращательно-осевой восходящий поток, из которого центробежными силами макроскопические частицы загрязнений (видимые невооруженным глазом частицы) отбрасываются к стенке нижней части 8, сползают по ней вниз в камеру 10 отстаивания, отстаиваются в ней и через кран 11, по мере накопления, сбрасываются в канализацию. Таким образом осуществляют предварительную очистку сточной воды. Поток ускоряется в конфузоре 4 и с большой скоростью проходит в промежутках между оболочками 7 блока 6 электродов, что обеспечивает уменьшение размеров пузырьков газа, выделившегося при электролизе сточной воды на поверхности оболочек 7, за счет превентивного отрыва скоростным потоком воды пузырьков газа от поверхности их образования, прежде чем они, выросшие по размеру, оторвутся под воздействием их подъемной силы. Этим увеличивают количество пузырьков электролизного газа, общую их контактную поверхность и, следовательно, флотирующую способность электрофлотатора, а также устойчивость образующегося на поверхности воды слоя пены, что способствует, в конечном счете, увеличению производительности электрофлотатора. Поток воды замедляется в диффузоре 5, мелкодисперсные пузырьки электролизного газа, равномерно распределенные в потоке обрабатываемой сточной воды, двигаются вверх, обладая большей подъемной силой, сталкиваются с частицами загрязнений, прилипают к ним и затем флотируют их на поверхности воды, образуя устойчивый слой пены. Другие продукты электролиза обеззараживают воду и очищают ее от органических загрязнений. Поток очищенной воды поднимается до верха отводного патрубка 17, при этом поток дополнительно раскручивается, поскольку проходное сечение камеры 1 зажато кольцевым поплавком 39 и сливной воронкой 18. Направляющие лопатки 19 докручивают поток на угол между лопаткой 19 и вектором R движения потока, являющимся суммой векторов: N – радиальной составляющей и Р – окружной составляющей движения потока воды. Поток начинает докручиваться задолго до зоны непосредственного воздействия на поток лопаток 19. Докручивание потока воды увеличивает кривизну (подъем) поверхности от центра к периферии вихревой воронки 42, образующейся при вращении потока (см. Фиг.4) за счет центробежных сил. Поток переливается через край сливной воронки 18 и по отводному патрубку 17 вода направляется к магистрали 21 слива и далее самотеком в накопительную емкость (условно не показана).

Поверхность вихревой воронки 42 простирается от места касания с поплавком 39 и до места касания с верхом лопаток 19. Высота лопаток 19, таким образом, равна толщине потока, переливающегося через край сливной воронки 18. Для достижения такого положения регулируют соотношение подачи и отвода воды регулировочными вентилями 14, 20. Вентилем 43 можно регулировать мощность рециркуляции воды через электрофлотатор при значительном загрязнении сточной воды в случае, если флотирующей способности электрофлотатора недостаточно для полноценной очистки или необходимо увеличить степень очистки сточной воды. При сливе очищенной воды самотеком вероятны колебания пропускной способности магистрали 21 слива, особенно если слив осуществляется под поверхность объема воды в накопительной емкости. Эти колебания отражаются на уровне воды в камере 1 и, следовательно, на положении вихревой воронки 42 относительно сливной воронки 18 отводного патрубка 17. Для предотвращения этого служит регулятор 32 уровня воды. При колебании уровня воды в камере 1 вертикальные перемещения поплавка 39 передаются системой 36 сливному затвору 34 в большей в 2 раза величине. Затвор 34 при росте уровня воды в камере 1 опускается, и, поскольку звено 33 является сообщающимся сосудом с камерой 1, происходит увеличение слива излишка подачи в камеру 1 воды в сборную воронку 35. При опускании уровня воды в камере 1 затвор 34 поднимается и происходит уменьшение слива излишка подачи воды в камеру 1. Поскольку уровень воды в камере 1, т.е. положение поплавка 39 и вихревой воронки 42 относительно воронки 18, определяется не только статическим положением воды, т.е. соотношением подачи и отвода воды из камеры 1, но и скоростью струи воды из патрубка 13, что зависит от величины подачи воды в камеру 1 и определяет скорость вращения воды в камере 1, колено 31 сопрягается с диффузором 5 тангенциально, навстречу направлению вращения воды. Это сделано для того, чтобы учитывать динамическую составляющую давления потока, а не только статическую. Регулятор 32 поддерживает положение вихревой воронки 42 относительно сливной воронки 18 в заданных пределах следующим образом: при номинальном уровне воды в камере 1 через затвор 34 в воронку 35 постоянно сливается поток воды с заданной минимальной величиной расхода. При смещении затвора 34 величина расхода меняется в ту или иную необходимую сторону. При изменении соотношения подачи и отвода воды регулятор 32 успевает адекватно реагировать на изменение уровня воды (положение воронки 18), поскольку скорость этого изменения незначительна из-за инерционности всей системы, включающей подачу и отвод воды, объем камеры 1. При изменении скорости струи из патрубка 13 уровень меняется быстро, и конструкция регулятора 32 предусматривает для ускорения реакции его на изменение уровня уменьшение или увеличение динамического напора потока воды в звене 33 наряду с подъемом или опусканием затвора 34 соответственно. Это достигается тем, что патрубок 13 сопрягается с диффузором 5 тангенциально, навстречу направлению вращения воды в камере 1. Уменьшение или увеличение динамического напора потока воды в звене 33 вызывает понижение или повышение динамического уровня воды в нем, что с одновременным соответствующим подъемом или опусканием затвора 34 вызывает быстрое соответствующее изменение величины слива воды из затвора 34 в воронку 35. При колебании уровня воды в камере 1 возможны ее переливы через край, где вода собирается в переливном кармане 40 и через поплавковый клапан 41 направляется на вход насоса 15. Таким же образом утилизируется вода из сборной воронки 35.

Клапан 41 предотвращает попадание воздуха на вход насоса 15, что чревато в противном случае срывом его работы.

Слой пены с загрязнениями на поверхности вихревой воронки 42 по уклону ее поверхности под собственным весом и под воздействием струи воздуха из кольцевого сопла 25 стекает к сливной воронке 18, где через перфорированную всасывающую головку 29 отсасывается в циклон 30 под воздействием вентилятора 27 и сепарируется в нем на загрязнения, воду и электролизный газ. Загрязнения с водой сбрасываются в канализацию.

Вентилятором 27 воздух, в дозированном шибером 28 количестве, подается в воздушный коллектор 24, а из него – в сопло 25. Гидравлическое сопротивление электрофлотатора незначительно, поскольку основной причиной возникновения большого сопротивления является блок 6 электродов, но в отличие от прототипа, где электроды конической формы, электроды электрофлотатора выполнены в виде оболочек цилиндрической формы и поэтому не оказывают потоку, текущему вдоль оси оболочек, значительного сопротивления.

Конструкция электрофлотатора позволяет интенсифицировать процессы очистки, что дает возможность выполнить его компактным. Это, наряду с простотой его устройства и эффективностью работы, обеспечивает возможность применения его в системе очистки сточных вод индивидуального потребителя.

Простота конструкции электрофлотатора и эффективность его работы обеспечат широкое использование изобретения в практике.

Формула изобретения

1. Электрофлотатор для очистки сточных вод, содержащий цилиндрическую камеру флотации, блок электродов, камеру отстаивания, устройство для сбора и эвакуации пены, водораспределительное устройство и устройства подачи и отвода воды, отличающийся тем, что камера флотации имеет в своей средней части сужение, выделенное в ней конфузором и диффузором, и установленный в нем блок электродов чередующейся полярности в виде коаксиальных цилиндрических оболочек, водораспределительное устройство образовано конфузором и нижней частью камеры флотации с наклонным дном, устройство подачи воды выполнено в виде патрубка, тангенциально сопрягаемого с нижней частью камеры и сообщенного через регулировочный вентиль с напорным патрубком насоса, камера отстаивания образована сопряжением нижней части камеры флотации с ее наклонным дном, устройство отвода воды состоит из отводного патрубка, коаксиального камере флотации, имеющего вверху сливную воронку, оснащенную направляющими лопатками, и сообщенного через регулировочный вентиль с магистралью слива и через запорный вентиль – с всасывающим патрубком насоса, устройство сбора и эвакуации пены состоит из воздушного коллектора с кольцевым соплом и коническим дефлектором, сообщенного с напорным патрубком вентилятора и регулировочным шибером, и перфорированной головки, сообщенной через циклон с всасывающим патрубком вентилятора.

2. Электрофлотатор для очистки сточных вод по п.1, отличающийся тем, что включает регулятор уровня воды, состоящий из прямого колена, тангенциально сопрягаемого со входом диффузора, на вертикальном звене которого посажен с возможностью осевого перемещения сливной затвор, связанный системой тросов со шкивами, включающей балансир и обратный полиспаст, с кольцевым поплавком, и сборной воронки, которая вместе с кольцевым переливным карманом по верху камеры флотации сообщена через поплавковый клапан с всасывающим патрубком насоса.

РИСУНКИ