RU2393119C1

RU2393119C1 - Liquid purification method

Info

Publication number: RU2393119C1
Application number: RU2008147343/15A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Александрович Захаров (RU); Геннадий Александрович Захаров; Владимир Михайлович Щетинин (RU); Владимир Михайлович Щетинин; Борис Иннокентьевич Мукосеев (RU); Борис Иннокентьевич Мукосеев; Ксения Васильевна Цыганкова (RU); Ксения Васильевна Цыганкова; Мария Романовна Кан (RU); Мария Романовна Кан
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2010-06-27

Abstract

FIELD: chemistry. ^ SUBSTANCE: invention relates to purification of waste water and can be used for extracting different impurities, e.g. oil products from waste water. The method involves floatation of the liquid being purified in a sealed tank inside of which pressure of the vapour-air mixture above the surface of the liquid is kept below atmospheric pressure. In the bottom part of the tank, the liquid is heated temperature close to saturation point in the vapour-air space of the tank. The floatation zone of the tank is divided into vertical channels to the walls of which heat is supplied in an amount sufficient for formation of a vapour phase in the section of the channels. ^ EFFECT: more intense and faster floatation; 99,2% degree of purity of water is achieved. ^ 3 dwg

Description

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов.The invention relates to wastewater treatment and can be used to isolate various impurities from them, for example, petroleum products.

Известен способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий их подачу в резервуар под поверхность сточных вод в резервуаре затопленной струей под давлением, с последующей флотационной очисткой воды от примесей, в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом (SU №996332, МКИ С02F 1/00, 1981).A known method of purification of oily wastewater, including their supply to the tank under the surface of the wastewater in the tank with a flooded jet under pressure, followed by flotation treatment of water from impurities, in an area isolated from the zone of saturation of wastewater with air (SU No. 996332, MKI C02F 1 / 00, 1981).

Недостаток этого решения - неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод из-за низкой степени их аэрирования.The disadvantage of this solution is the unsatisfactory degree of purification of oily wastewater due to the low degree of aeration.

Известен также способ очистки жидкости, включающий ее флотирование в герметичном баке, в полости которого над поверхностью жидкости поддерживают давление паровоздушной смеси, меньше атмосферного, кроме того, в нижней части бака жидкость подогревают (см. патент на ПМ №72965, МКИ С02F 1/40, 2006.01).There is also known a method of cleaning liquid, including flotation in an airtight tank, in the cavity of which the pressure of the vapor-air mixture is maintained above the liquid surface, lower than atmospheric pressure, in addition, the liquid is heated in the lower part of the tank (see patent for PM No. 72965, MKI C02F 1/40 , 2006.01).

Недостатком этого решения является то, что в связи с малыми размерами пузырьков воздуха (что характерно для очистки вакууммированием) скорость флотации, определяемая скоростью их всплытия, невысока, что предопределяет невысокую производительность устройства.The disadvantage of this solution is that due to the small size of the air bubbles (which is typical for vacuum cleaning), the flotation rate, determined by the speed of their ascent, is low, which determines the low productivity of the device.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в повышении скорости флотации при очистке вакууммированием нефтесодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей равномерно распределенных по их объему.The problem to which the claimed solution is directed is to increase the flotation rate during purification by vacuum of oil-containing wastewater from fine impurities uniformly distributed over their volume.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении устойчивой поверхности раздела фаз пар - жидкость в объеме жидкости внутри вертикальных каналов, за счет формирования в них дополнительных паровых зон (пузырей) и интенсивного сброса в них воздушной и паровой фазы. Их последующее слияние при подъемном движении формирует по высоте вертикальных каналов паровые прослойки в объеме жидкости, что обусловливает сброс в нее мелкодисперсной воздушной фазы при вакуумной флотации в виде пенных образований, вынос которых на свободную поверхность флотируемого объема жидкости происходит с более высокой скоростью, что увеличивает интенсивность и скорость флотации.The technical result achieved in solving the problem is expressed in providing a stable interface between the phases of the vapor - liquid in the liquid volume inside the vertical channels, due to the formation of additional vapor zones (bubbles) in them and the intensive discharge of the air and vapor phases in them. Their subsequent merging during lifting movement forms vapor interlayers in the volume of the liquid along the height of the vertical channels, which causes the discharge of the finely dispersed air phase during vacuum flotation in the form of foam formations, which are carried out to the free surface of the floated volume of liquid at a higher speed, which increases the intensity and flotation rate.

Поставленная задача решается тем, что способ очистки жидкости, включающий ее флотирование в герметичном баке, в полости которого над поверхностью жидкости поддерживают давление паровоздушной смеси, меньше атмосферного, кроме того, в нижней части бака жидкость подогревают, отличается тем, что жидкость подогревают до температуры, близкой к температуре насыщения в паровоздушном пространстве бака, флотационную зону бака разделяют на вертикальные каналы, к стенкам которых подводят теплоту в количестве достаточном для формирования в сечении каналов паровой фазы.The problem is solved in that the method of cleaning the liquid, including flotation in an airtight tank, in the cavity of which the pressure of the vapor-air mixture is maintained above the liquid surface, is less than atmospheric, in addition, the liquid is heated in the lower part of the tank, characterized in that the liquid is heated to a temperature, close to the saturation temperature in the vapor-air space of the tank, the flotation zone of the tank is divided into vertical channels, the heat is supplied to the walls in an amount sufficient to form in cross section and vapor phase channels.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, что обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - обеспечение поверхности раздела фаз пар - жидкость внутри флотируемого объема, что при формировании в сечении вертикальных каналов дополнительных паровых зон (пузырей) обеспечивает интенсивный сброс воздушной и паровой фаз в полость этих пузырей, что значительно увеличивает скорость всплытия их в объеме жидкости и вынос к свободной поверхности в виде пены мелкодисперсных примесей, что повышает скорость вакуумной флотации.The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention is not revealed from the prior art determined by the applicant, which provides a positive reaction to achieve a technical result - providing a phase interface - liquid inside the floated volume, which, when additional vapor zones (bubbles) are formed in the cross section of the vertical channels, both ensures, intense discharge of air and vapor phases into the cavity of bubbles which greatly increases the rate of ascent in the liquid volume and removal of the free surface of a foam of fine impurities, which increases the speed of the vacuum flotation.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.Moreover, the features of the characterizing part of the claims provide a solution to a set of functional tasks.

Признак «…жидкость подогревают до температуры, близкой к температуре насыщения в паровоздушном пространстве бака…» обеспечивает устойчивую поверхность раздела фаз пар - жидкость в объеме жидкости внутри вертикальных каналов, за счет формирования в них дополнительных паровых зон (пузырей) и интенсивного сброса в них воздушной и паровой фазы.The sign "... the liquid is heated to a temperature close to the saturation temperature in the vapor-air space of the tank ..." provides a stable interface between the phases of the vapor - liquid in the liquid volume inside the vertical channels, due to the formation of additional vapor zones (bubbles) in them and intensive discharge of air into them and vapor phase.

Признаки «…флотационную зону бака разделяют на вертикальные каналы, к стенкам которых подводят теплоту в количестве, достаточном для формирования в сечении каналов паровой фазы…» обеспечивают возможность интенсивного теплового воздействия (обеспечивающего интенсивное парообразование) на поток жидкости - формирование в них центров парообразования, обеспечивающих формирование дополнительных свободных поверхностей раздела фаз внутри объема жидкости, для «сбора» тонкодисперсных пузырьков воздуха с прилипшими к ним тонкодисперсными частицами примесей с последующим всплытием с высокой скоростью к поверхности жидкости флотируемого объема.The signs "... the flotation zone of the tank is divided into vertical channels, the heat is supplied to the walls in an amount sufficient to form the vapor phase in the section of the channels ..." provide the possibility of intense heat (providing intensive vaporization) on the fluid flow - the formation of vaporization centers in them, providing the formation of additional free interfaces between the phases inside the liquid volume, for the "collection" of fine air bubbles with fine particles adhering to them particles of impurities, followed by surfacing at high speed to the surface of the liquid of the floated volume.

На фиг.1 схематически показан поперечный разрез устройства, обеспечивающего реализацию заявленного способа; на фиг.2 - узел А этого устройства, а на фиг.3 показан разрез флотационного отсека.Figure 1 schematically shows a cross section of a device for implementing the inventive method; figure 2 - node And this device, and figure 3 shows a section of the flotation compartment.

Герметичный бак 1 выполнен в виде отдельной емкости с вертикальной отбойной перегородкой 2, разделяющей его на флотационный 3 с открытыми верхними кромками и накопительный 4 отсеки (зазор между стенками отбойника 2 и внешними стенками герметичного бака 1). В нижней части герметичного бака 1 расположена распределительная камера 5, полученная установкой поперечной перегородки 6, ограниченная вертикальной отбойной перегородкой 2. Распределительная камера 5 переходит во флотационный отсек 3. В распределительной камере 5 смонтирован теплообменник 7 для нагрева воды, прошедшей ступень флотации при атмосферном давлении. Температура нагреваемой воды доводится до температуры насыщения, соответствующей давлению в паровоздушном пространстве над слоем пены 8 в герметичном баке 1.The sealed tank 1 is made in the form of a separate tank with a vertical baffle 2, dividing it into a flotation 3 with open upper edges and 4 storage compartments (the gap between the walls of the chipper 2 and the outer walls of the sealed tank 1). In the lower part of the sealed tank 1 there is a distribution chamber 5 obtained by installing a transverse partition 6, limited by a vertical baffle 2. The distribution chamber 5 passes into the flotation compartment 3. In the distribution chamber 5, a heat exchanger 7 is mounted for heating water that has passed the flotation stage at atmospheric pressure. The temperature of the heated water is brought to a saturation temperature corresponding to the pressure in the vapor-air space above the foam layer 8 in an airtight tank 1.

Во флотационном отсеке 3 смонтированы плоскоовальные нагревательные элементы 9, скомпонованные в вертикальные панели. Между плоскоовальными нагревательными элементами 9, образующими вертикальные щелевые каналы 10, установлены профильные вставки 11, изготовленные из фторопласта, состоящие из левой и правой симметричных частей, плотно прилегающих к овальным зонам плоскоовальных нагревательных элементов 9. Концевые участки левой и правой симметричных частей вставок 11 также плотно прилегают друг к другу. Ширина профильных вставок 11 равна ширине плоскоовальных нагревательных элементов 9. Вдоль центральной части верхней и нижней впадин профильной вставки 11 выполнен продольный желобок 12, а остальная поверхность впадин плотно прилегает к обращенным к ним поверхностям плоскоовальных нагревательных элементов 9, причем полость продольного желобка 12 сообщена с вертикальным щелевым каналом 10 канавками 13. Канавки 13 расположены по длине профильных вставок 11, их количество определяется интенсивностью парообразования на поверхностях плоскоовальных нагревательных элементов в зоне продольных желобков 12. Поверхность дна продольного желобка 12 параллельна остальной поверхности впадин профильной вставки 11.In the flotation compartment 3 mounted flat-oval heating elements 9, arranged in vertical panels. Between the flat-oval heating elements 9 forming vertical slotted channels 10, profile inserts 11 made of fluoroplastic are installed, consisting of left and right symmetrical parts that are tightly adjacent to the oval zones of the flat-oval heating elements 9. The end sections of the left and right symmetric parts of the inserts 11 are also tight adjacent to each other. The width of the profile inserts 11 is equal to the width of the flat oval heating elements 9. A longitudinal groove 12 is made along the central part of the upper and lower troughs of the profile insert 11, and the remaining surface of the troughs is adjacent to the surfaces of the flat oval heating elements 9 facing them, and the cavity of the longitudinal groove 12 is in communication with a vertical slotted channel 10 grooves 13. Grooves 13 are located along the length of the profile inserts 11, their number is determined by the intensity of vaporization on the surfaces of the flat shaft heating elements in the area of the longitudinal grooves 12. The bottom surface of the longitudinal groove 12 is parallel to the rest of the troughs of the profile insert 11.

Кроме того, полости продольных желобков 12 сообщены друг с другом посредством вертикального канала 14, образованного вертикальными стенками симметричных половин профильных вставок 11, длина которого ограничена зоной плотного прилегания симметричных половин вставок 11 на их концевых участках. Вертикальный канал 14 обусловливает проход жидкости и части паровой фазы из нижерасположенных продольных желобков 12 в верхние.In addition, the cavities of the longitudinal grooves 12 are communicated with each other by means of a vertical channel 14 formed by the vertical walls of the symmetrical halves of the profile inserts 11, the length of which is limited by the tight fit zone of the symmetrical halves of the inserts 11 at their end sections. The vertical channel 14 causes the passage of liquid and part of the vapor phase from the lower longitudinal grooves 12 to the upper.

Плоскоовальные нагревательные элементы 9 замыкаются на входной и выходной коллекторы 15 греющей среды. Герметичный бак 1 снабжен приемной емкостью 16 сбора сфлотированного продукта. На чертежах также показаны трубопровод 17, отводной 18 и воздушный 19 патрубки, патрубок 20 для отвода очищенной воды и дренажный патрубок 21 герметичного бака 1.Flat-oval heating elements 9 are closed on the input and output collectors 15 of the heating medium. The sealed tank 1 is equipped with a receiving tank 16 for collecting the flotated product. The drawings also show the pipe 17, the outlet 18 and the air pipe 19, a pipe 20 for discharging purified water and a drain pipe 21 of the sealed tank 1.

Перечисленные элементы и детали не отличаются по конструкции и материалам от известных элементов и деталей, используемых по сходному назначению, при сходных требованиях по прочности, производительности и т.п.The listed elements and parts do not differ in design and materials from known elements and parts used for similar purposes, with similar requirements for strength, performance, etc.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.The claimed method is as follows.

Очищаемую воду подают по трубопроводу 17 в распределительную камеру 5 герметичного бака 1. Здесь очищаемые воды проходят по тепловоспринимающему контуру теплообменника 7 и нагреваются теплотой низкопотенциальных сред (например, водой системы охлаждения двигателей, отработанным паром и т.д.) до температуры, близкой к температуре кипения, соответствующей давлению насыщения над свободной поверхностью жидкости в баке 1 (для справки: при Р=0,006 МПа; tc=36°C).The purified water is fed through a pipe 17 to the distribution chamber 5 of the sealed tank 1. Here, the purified water passes through the heat-receiving circuit of the heat exchanger 7 and is heated by the heat of low-grade media (for example, engine cooling water, exhaust steam, etc.) to a temperature close to the temperature boiling, corresponding to the saturation pressure above the free surface of the liquid in the tank 1 (for reference: at P = 0.006 MPa; tc = 36 ° C).

При температуре греющей среды 80-90°С (например, вода из системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания) в продольных желобках 12 профильных вставок 11 создается устойчивый режим кипения, вследствие достаточного перегрева пристенных слоев жидкости относительно температуры насыщения жидкости в объеме флотационного отсека 3. Паровая фаза выходит в объем жидкости вертикальных каналов 10 через канавки 13 профильных вставок 11, образуя устойчивые центры кипения и парообразования на поверхности плоскоовальных нагревательных элементов 9.When the temperature of the heating medium is 80-90 ° C (for example, water from the cooling system of internal combustion engines) in the longitudinal grooves 12 of the profile inserts 11, a stable boiling mode is created due to sufficient overheating of the wall layers of the liquid relative to the temperature of saturation of the liquid in the volume of the flotation compartment 3. Vapor phase enters the fluid volume of the vertical channels 10 through the grooves 13 of the profile inserts 11, forming stable centers of boiling and vaporization on the surface of the flat-oval heating elements 9.

Паровые пузыри располагаются по центру вертикальных каналов 10, обеспечивая интенсивный сброс в них мелкодисперсной воздушной среды и сфлотированных примесей. В процессе всплытия и роста паровых образований по высоте вертикальных каналов 10 образуются устойчивые паровые зоны, создающие внутри жидкости дополнительные поверхности раздела пар - жидкость.Steam bubbles are located in the center of the vertical channels 10, providing an intensive discharge of finely dispersed air medium and swallowed impurities. In the process of ascent and growth of vapor formations along the height of the vertical channels 10, stable vapor zones are formed that create additional vapor – liquid interfaces inside the liquid.

В итоге увеличение массового газопарового содержания жидкости приводит к интенсивному подъемному движению в вертикальных щелевых каналах 10, что обусловливает значительную интенсификацию процессов вакуумной флотации с глубокой очисткой от коллоидных растворов, ароматических фракций и мелкодисперсных нерастворенных примесей.As a result, an increase in the mass gas-vapor content of the liquid leads to intensive lifting movement in the vertical slotted channels 10, which leads to a significant intensification of the processes of vacuum flotation with deep cleaning of colloidal solutions, aromatic fractions, and finely dispersed undissolved impurities.

Совместное выделение коллоидных и мелкодисперсных включений на поверхности раздела фаз в объеме жидкости вертикальных каналов 10 и дополнительное выделение мелкодисперсных включений на поверхности герметичного бака 1 в виде слоя пены 8 ведет к интенсификации процесса флотации в сравнении с обычным вакуумным режимом флотации жидкостей.The combined separation of colloidal and finely divided inclusions on the interface in the liquid volume of the vertical channels 10 and the additional isolation of finely divided inclusions on the surface of the sealed tank 1 in the form of a layer of foam 8 leads to an intensification of the flotation process in comparison with the usual vacuum flotation of liquids.

Слой пены 8, содержащий сфлотированные примеси, периодически удаляют известным способом через отводные патрубки 18. Пары нефтепродуктов и воды удаляют через воздушный патрубок 19 герметичного бака 1, в процессе работы вакуум-насоса, после чего они известным образом отделяются от воздуха и разделяются друг от друга (либо сбрасываются в нефтесодержащие воды, подлежащие очистке). Очищенная вода, как более плотная среда, увлекается вниз ко дну герметичного бака 1, при этом вертикальная отбойная перегородка 2 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз, к патрубку 20 герметичного бака 1. Для периодической очистки дна герметичного бака 1 от накапливающегося шлама используют дренажные патрубки 21.The foam layer 8 containing the flotted impurities is periodically removed in a known manner through the branch pipes 18. Vapors of oil products and water are removed through the air pipe 19 of the sealed tank 1, during operation of the vacuum pump, after which they are separated in a known manner from the air and separated from each other. (or discharged into oily water to be treated). Purified water, as a denser medium, is carried down to the bottom of the sealed tank 1, while the vertical baffle 2 prevents the ingress of impurities into the purified water during its downward movement to the nozzle 20 of the sealed tank 1. For periodic cleaning of the bottom of the sealed tank 1 from accumulating sludge use drainage pipes 21.

Конечная степень очистки воды, обрабатываемой предлагаемым способом, достигает 99,2%, что указывает на целесообразность применения предлагаемого способа.The final degree of purification of water treated by the proposed method reaches 99.2%, which indicates the appropriateness of the application of the proposed method.

Claims

A method for cleaning a liquid, including flotation in an airtight tank, in the cavity of which a pressure of the vapor-air mixture is maintained below the atmospheric pressure, in addition, the liquid is heated in the lower part of the tank, characterized in that the liquid is heated to a temperature close to the saturation temperature in the vapor-air space of the tank, the flotation zone of the tank is divided into vertical channels, the heat is supplied to the walls in an amount sufficient to form a vapor phase in the channel section.