способ очистки жидких сред флотацией и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки жидких сред флотацией, включающий разделение общего потока очищаемой жидкости по ступеням, флотационную обработку жидкости в каждой ступени рециркулятом, предварительно насыщенным газом, и корректировку параметров обработки, измерение количественных характеристик входного и выходного потоков жидкости, отличающийся тем, что по результатам измерения количественных характеристик входного потока жидкости предварительно устанавливают подачу газа для насыщения им очищаемой жидкости, по результатам измерения количественных характеристик выходного потока жидкости корректируют предварительно установленную подачу газа до тех пор, пока не будет достигнута минимальная величина количественной характеристики потока жидкости.

2. Устройство для очистки жидких сред флотацией, включающее ввод очищаемой жидкости, соединенный через насос и эжектор с сатуратором, связанным посредством трубопровода для подачи жидкости, насыщенной газом, с флотатором, выполненным с лотком для удаления пены и соединенным с отводом очищенной жидкости, мутномеры, установленные соответственно на вводе очищаемой жидкости и на отводе очищенной жидкости, сопло, заслонку и сумматор, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит функциональный преобразователь, устройство автоматического поиска экстремума и следящий привод, причем выход мутномера, установленного на вводе очищаемой жидкости, соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход мутномера, установленного на отводе очищенной жидкости, соединен с входом устройства автоматического поиска экстремума, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с входом следящего привода, а выход следящего привода - с заслонкой сопла, установленного на входе всасывающего патрубка эжектора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке жидких сред флотацией и может быть использовано для очистки природных вод, бытовых, производственных и дождевых сточных вод от взвешенных веществ, нефтепродуктов, жиров, поверхностно-активных веществ, бактериальных, радиоактивных и других загрязнений.

Известен способ очистки жидких сред флотацией, состоящий в том, что общий поток очищаемой воды разделяется на несколько частей пропорционально объему каждой ступени флотации. Это позволяет не только производить доочистку воды предыдущей ступени, но и использовать ее для разбавления исходного высококонцентрированного потока, поступающего в следующую ступень устройства [Авторское свидетельство СССР N 785205, кл. C 02 F 1/24, 1980].

Недостатками известного способа очистки жидкости флотацией являются низкая эффективность очистки в условиях, когда мутность исходного потока жидкости изменяется во времени, сложность процесса корректировки и управления технологическими параметрами, а также низкая экономичность процесса очистки.

Известен способ очистки жидких сред флотацией, выбранный в качестве прототипа, включающий разделение общего потока очищаемой жидкости по ступеням, флотационную обработку жидкости в каждой ступени рециркулятом, предварительно насыщенным газом, и корректировку параметров обработки, измерение количественных характеристик входного и выходного потоков жидкости [патент Российской Федерации N 2091315, кл. C 02 F 1/24, 1997].

Недостатком известного способа очистки жидких сред флотацией является то, что он не позволяет оптимизировать эффективность очистки при обработке жидкости с изменяющимися во времени входными характеристиками.

Известно устройство, содержащее подводящий и отводящий трубопроводы, многоступенчатый флотатор с флоторазделителями каждой ступени очистки, эжектор, насос, сатуратор, трубопровод с регулировочными элементами для подачи водовоздушной смеси к каждому флотореактору, скребковый механизм и приемник пены [Авторское свидетельство СССР N 785205, кл. C 02 F 1/24, 1980].

Недостатками известного устройства являются низкая эффективность очистки в условиях, когда мутность исходного потока жидкости изменяется во времени, сложность процесса корректировки и управления технологическими параметрами, а также низкая экономичность процесса очистки.

Известно устройство для очистки жидких сред флотацией, выбранное в качестве прототипа, включающее ввод очищаемой жидкости, соединенный через насос и эжектор с сатуратором, связанным посредством трубопровода для подачи жидкости, насыщенной газом, с флотатором, выполненным с лотком для удаления пены и соединенным с отводом очищенной жидкости, мутномеры, установленные, соответственно, на вводе очищаемой жидкости и на отводе очищенной жидкости, сопло, заслонку и сумматор [патент Российской Федерации N 2091315, кл. C 02 F 1/24, 1997].

Недостатком известного устройства для очистки жидких сред флотацией является то, что оно не позволяет оптимизировать эффективность очистки при обработке жидкости с изменяющимися во времени входными характеристиками.

Задача изобретения - оптимизация эффективности очистки жидких сред флотацией и автоматизация процесса корректировки режима работы флотатора при обработке жидкости с изменяющимися во времени входными характеристиками.

Сущность способа заключается в том, что по результатам измерения количественных характеристик входного потока жидкости предварительно устанавливают подачу газа для насыщения им очищаемой жидкости, по результатам измерения количественных характеристик выходного потока жидкости корректируют предварительно установленную подачу газа до тех пор, пока не будет достигнута минимальная величина количественной характеристики выходного потока жидкости.

Таким образом, предлагаемый способ очистки жидких сред флотацией характеризуется существенным отличием от известных, поскольку позволяет оптимизировать процесс очистки жидкости флотацией путем автоматической корректировки подачи газа для ее насыщения.

Предлагаемое техническое решение заключается в следующем: устройство для очистки жидких сред флотацией, включающее ввод очищаемой жидкости, соединенный через насос и эжектор с сатуратором, связанным посредством трубопровода для подачи жидкости, насыщенной газом, с флотатором, выполненным с лотком для удаления пены и соединенным с отводом очищенной жидкости, мутномеры, установленные, соответственно, на вводе очищаемой жидкости и на отводе очищенной жидкости, сопло, заслонку и сумматор, дополнительно содержит функциональный преобразователь, устройство автоматического поиска экстремума и следящий привод, причем выход мутномера, установленного на вводе очищаемой жидкости, соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход мутномера, установленного на отводе очищенной жидкости, соединен с входом устройства автоматического поиска экстремума, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с входом следящего привода, а выход следящего привода соединен с заслонкой сопла, установленного на входе всасывающего патрубка эжектора.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что оно содержит новые узлы со своими связями, позволяющими оптимизировать эффективность очистки жидких сред флотацией и автоматизировать процесс корректировки режима работы флотатора при обработке жидкости с изменяющимися во времени входными характеристиками.

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Пример осуществления способа.

Флотационной очистке подвергают воду, подаваемую насосом марки ХО 45/90: производительность насоса Q = 8 л/с; напор насоса H = 97 м. Мутность воды переменная во времени, средний диаметр частиц мутности колеблется в пределах от 0 до 100 мкм. Площадь поперечного сечения флотоотделителя флотатора 6 F = 14 м².

Для разных по крупности частиц мутности воды определяем максимальную скорость барбатажа, используя формулу [Дерягин Б.В., Духин С.С., Рулев Н.Н. Микрофлотация. - М.: Химия, 1986, с. 61]

q_max = 2 10^-3 g см/с,

где g - ускорение силы тяжести;

средний диаметр частиц мутности;

- кинематическая вязкость воды (принимаем = 0,01 см²/с).

Определяем потребный расход воздуха Q_В по формуле Q_в= q_max F.

Вычисляем процентное содержание воздуха Q_B в очищаемой воде.

Результаты расчетов представлены в таблице.

Принимаем давление в сатураторе 5 p_c = 0,35 МПа. Коэффициент инжекции u₀ эжектора 2 определяем по номограмме [Лямаев Б.Ф. Расчет и подбор струйных аппаратов для систем водоснабжения. - Л., 1969, с. 35, рис. 15]: H = 97 м; p_c=0,35 МПа; u₀ = 0,38.

Производительность эжектора 2 определяем по формуле Q_B = u₀ Q = 0,388 = 3,04 л/с.

Расчетный диаметр выходного отверстия из напорного трубопровода 16 d_OTB = 25,05 мм, скорость выхода водовоздушной смеси из выходного отверстия напорного трубопровода 16 во флотатор 6 v = 16,2 м/с.

Как видно из приведенных расчетов, максимальный эффект очистки воды будет получен при соответствии подачи воздуха величине мутности очищаемой воды. Недостаток или избыток воздуха снижает эффект данного процесса.

На чертеже представлена схема устройства для очистки жидких сред флотацией.

Заявляемый способ реализован с помощью устройства для очистки жидких сред флотацией, содержащего насос 1, эжектор 2, сопло 3, заслонку 4, сатуратор 5, флотатор 6, мутномеры 7 и 8, функциональный преобразователь 9, устройство автоматического поиска экстремума 10, сумматор 11, следящий привод 12, электрифицированные задвижки 13 и 14, ввод очищаемой жидкости 15, напорный трубопровод 16, отвод очищенной жидкости 17 и лоток для отвода пены 18.

Устройство для очистки жидких сред флотацией работает следующим образом.

Очищаемая жидкость по вводу 15 поступает во всасывающий патрубок насоса 1. Насос 1 запускается в работу. Когда он выйдет на нормальный режим, открывается электрифицированная задвижка 13 и очищаемая жидкость поступает в эжектор 2. Одновременно с этим от мутномера 7 на вход функционального преобразователя 9 поступает сигнал, соответствующий величине мутности очищаемой жидкости, на основании которого функциональный преобразователь 9 формирует сигнал задающего воздействия положения заслонки 4. Сигнал задающего воздействия с выхода функционального преобразователя 9 в качестве управляющего поступает на первый вход сумматора 11 и далее на вход следящего привода 12. Следящий привод 12 отрабатывает сигнал задающего воздействия, перемещая заслонку 4 в положение, соответствующее величине мутности очищаемой жидкости. Через сопло 3 во всасывающий патрубок эжектора 2 поступает атмосферный воздух, тщательно смешивается с очищаемой жидкостью, затем образовавшаяся смесь поступает в сатуратор 5 и сжимается. Под действием давления воздух растворяется в жидкости. Когда давление в сатураторе 5 достигнет расчетной величины, открывается электрифицированная задвижка 14 и жидкость с растворенным в ней воздухом по напорному трубопроводу 16 поступает во флотатор 6. Из жидкости выделяются мельчайшие пузырьки воздуха, которые флотируют загрязнения жидкости. Образовавшаяся при этом на свободной поверхности жидкости во флотаторе 6 пена скребком (на чертеже он условно не показан) сдвигается в лоток 18 и отводится для дальнейшей утилизации. Из флотатора 6 по отводу 17 очищенная жидкость подается потребителю. С помощью мутномера 8 измеряется мутность очищенной жидкости в отводе 17. Сигнал, соответствующий величине мутности очищенной жидкости, с выхода мутномера 8 подается на вход устройства автоматического поиска экстремума 10. Устройство автоматического поиска экстремума 10, например, состоящее из включенных последовательно дифференцирующего и интегрирующего звеньев, производит анализ мутности очищенной жидкости путем обработки сигнала, снимаемого с выхода мутномера 8, и выдает на второй вход сумматора 11 сигнал, благодаря которому следящий привод 12 корректирует ранее установленное положение заслонки 4 и, соответственно, подачу атмосферного воздуха во всасывающий патрубок эжектора 2 с целью уменьшения мутности очищенной жидкости. Положение заслонки 4 будет корректироваться до тех пор, пока значение мутности очищенной жидкости не достигнет минимума.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемое техническое решение позволяет производить флотационную очистку жидких сред с изменяющимися во времени входными характеристиками в оптимальном режиме. Это повышает качество очистки жидких сред и снижает энергетические и эксплуатационные затраты.