Safety in Technosphere Safety in Technosphere Безопасность в техносфере 1998-071X 3705 10.12737/6025 Аналитический обзор Analytical review Аналитический обзор Evolution of Floatation Equipment for Sewage Treatment аnd Active Sludge Thickening Развитие флотационной техники для очистки сточных вод и сгущения активного ила Сеник Е. В. Senik E. В. Иванов М. В. Ivanov M. В. Виноградов М. С. Vinogradov M. С. Таранов Р. А. Taranov R. А. Козодаев А. С. Kozodaev A. С. Ксенофонтов Борис Семенович Ksenofontov Boris Semenovich kbsflot@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Воропаева А. А. Voropaeva A. А. МГТУ им. Н. Э. Баумана Москва Россия МГТУ им. Н. Э. Баумана Москва Russian Federation 25 10 2014 25 10 2014 3 5 58 73 https://naukaru.ru/en/nauka/article/3705/view

В статье рассмотрены теоретические основы флотационного процесса, а также основные этапы развития флотационных аппаратов. Особое внимание уделено рассмотрению флотации как многостадийного процесса, а также определению констант теоретическим и экспериментальным методами. Представлены разработки ведущих зарубежных и отечественных компаний в области флотационной очистки сточных вод и сгущения активного ила. Описаны перспективные разработки, касающиеся создания комбинированных флотационных аппаратов — флотокомбайнов. Приведены различные варианты конструкции комбинированных флотационных аппаратов и примеры их внедрения на производстве, а также результаты испытаний, подтверждающие высокую эффективность очистки сточных вод и флотационного сгущения активного ила. Для осадков сточных вод, в том числе активного ила, рассмотрены способ интенсификации сгущения с использованием углекислого газа, а также реагентные способы.

The article covers theoretical basics of floatation process and main stages of flotators’ evolution. special attention is paid to flotation as multistage process as well as to definition of constants with theoretical and the experimental methods. Authors demonstrate that use of theoretical bases of multistage flotation model allows to significantly stimulating floatation process. Leading foreign and domestic innovations in floatation sewage treatment and active sludge thickening are presented. Promising research in constructing multi-tool floatation apparatus (flotation combine) is described. The article provides variants of multi-tool flotators’ design, examples of its integration into operation, and the test data confirming its high effectiveness for sewage treatment and active sludge thickening. Methods of stimulating thickening with carbon dioxide and chemical agents are used for wastewater sludge (including active sludge).

 флотационная очистка сточных вод сгущение активного ила флотационные аппараты флотокомбайны. floatation sewage treatment active sludge thickening flotator floatation combine.

1. ВведениеФлотационная техника используется для очистки сточных вод от гидрофобных загрязнений и сгущения осадков, в частности активного ила [1]. В результате очистки сточных вод образуются различные категории осадков, в том числе активный ил, влажность которого составляет 98%. Для утилизации осадков необходима их обработка, первой стадией которой является уплотнение для уменьшения объема осадков. Существует несколько методов сгущения осадков, один из которых — флотация [1].За последние 60 лет флотационные машины претерпели значительные конструктивные изменения, которые обеспечивают соответствие новых установок различным аспектам производственного процесса, а также наиболее важным требованиям. До 1930-x годов были запатентованы сотни моделей флотационных машин, десятки из них были применены на практике; к 1960-м годам все эти разработки устарели, за исключением субаэрационныx, пневмомеханических и пневматических типов. В настоящее время даже эти модели уже не применяются в иx первоначальном виде.В результате стремления к упрощению конструкций прежние модели выводились из эксплуатации. При этом новые разработки не обязательно соответствуют всем требованиям. Они позволяют упростить процесс сборки, снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, предоставить более широкие возможности использования, а также снизить требования по техническому обслуживанию по сравнению с требованиями к первым, более сложным моделям.

Ксенофонтов Б.С. Флотационная обработка воды, отходов и почвы. - М.: Новые технологии, 2010. Ksenofontov B.S. Flotatsionnaya obrabotka vody, otkhodov i pochvy [Flotation treatment of water, waste and soil]. Moscow, Novye tekhnologii Publ., 2010. 272 p. Ксенофонтов Б.С., Иванов М.В. Способы интенсификации флотационной очистки сточных вод и загрязненных грунтов. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. Ksenofontov B.S., Ivanov M.V. Sposoby intensifikatsii flotatsionnoy ochistki stochnykh vod i zagryaznennykh gruntov [Methods intensification flotation wastewater and contaminated soil]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2013. 66 p. Ксенофонтов Б.С. Интенсификация очистки сточных вод флотацией. Saarbrücken: LAP LAMBERT, 2012. Ksenofontov B.S. Intensifikatsiya ochistki stochnykh vod flotatsiey [Intensification of wastewater by flotation]. Saarbrücken, LAP LAMBERT Publ., 2012. 99 p. Ксенофонтов Б.С. Иванов М.В. Байрамова А.Д. Пути интенсификации флотационного процесса очистки сточных вод с использованием вибрации // Экология промышленного производства. - 2012. - № 1. - С. 41-44. Ksenofontov B.S. Ivanov M.V. Bayramova A.D. Ways of intensification of process of flotation of sewage treatment with vibration use. Ekologiya promyshlennogo proizvodstva [Industrial ecology], 2012, I. 1. P. 41-44. (in Russian) Лавриненко А.А. Современные флотационные машины для минерального сырья // Горная техника: каталогсправочник. - 2008. - С. 186-195. Lavrinenko A.A. Modern flotation machines for mineral raw materials. Gornaya tekhnika: katalog-spravochnik [Mining Engineering: catalogue]. 2008. P. 186-195. (in Russian) Рекламный буклет компании FLSmidth «Flotation Technology Brochure». 2010. Advertising booklet of FLSmidth "Flotation Technology Brochure", 2010, 16 p. Рекламный буклет компании FLSmidth «Технологии флотации FLSmidth Dorr-Oliver Eimco». 2009. Advertising booklet of FLSmidth " Flotation technologies FLSmidth Dorr-Oliver Eimco", 2009, 8 p. (in Russian) Герасимов Г.Н. Технический справочник по обработке воды. - СПб.: Новый журнал, 2007. - Т. 1. Gerasimov G.N. Tekhnicheskiy spravochnik po obrabotke vody [Technical Reference for Water Treatment]. St. Petersburg, Novyy zhurnal Publ., 2007. V. 1, 775 p. Компания Krofta Engineering Limited. http://www.kroftaengineering.com. Krofta Engineering Limited. Available at: http://www.kroftaengineering.com Электрофлотационный аппарат: авт. св. 764387 СССР / Ксенофонтов Б.С.; заявл. 19.01.79, опубл. 22.05.80. Ksenofontov B.S. Elektroflotatsionnyy apparat [Electroflotation unit]. Avt. sv. USSR, No 764387, 1980. Дерягин Б.В., Духин С.С., Рулев Н.Н. Микрофлотация: Водоочистка, обогащение. - М.: Химия, 1986. Deryagin B.V., Dukhin S S., Rulev N.N. Mikroflotatsiya: Vodoochistka, obogashchenie [Microflotation: Water treatment, enrichment]. Moscow, Khimiya Publ., 1986. 112 p. Ксенофонтов Б.С. Очистка воды и почвы флотацией. - М.: Новые технологии, 2004. Ksenofontov B.S. Ochistka vody i pochvy flotatsiey [Treatment of water and soil by flotation]. Moscow, Novye tekhnologii Publ., 2004. 224 p. Ксенофонтов Б.С., Дулина Л.А., Моисеев М.Н. Флотационная очистка жиросодержащих сточных вод // Безопасность жизнедеятельности. - 2002. - № 12. - С. 19-22. Ksenofontov B.S., Dulina L.A., Moiseev M.N. Flotation treatment of fat-containing wastewater. Bezopasnost´ zhiznedeyatel´nosti [Life safety], 2002, I. 12. P. 19-22. (in Russian) Мещеряков Н.Ф. Кондиционирующие и флотационные аппараты и машины. - М.: Недра, 1990. - С. 138-192. Meshcheryakov N.F. Konditsioniruyushchie i flotatsionnye apparaty i mashiny [Conditioning and flotation devices and machines]. Moscow, Nedra Publ., 1990, P. 138-192. Флотационная машина для очистки сточных вод: пат. 2130897 Рос. Федерация: МПК7 С 02 F 1/24, В 03 Д 1/14 / Ксенофонтов Б.С.; заявитель и патентообладатель Ксенофонтов Б.С. - № 97117428; заявл. 21.10.97; опубл. 27.05.99, Бюл. № 15. Ksenofontov B.S. Flotatsionnaya mashina dlya ochistki stochnykh vod [Flotation machine for wastewater treatment]. Patent RF, No 2130897, 1999. (in Russian) Флотационная установка для очистки сточных вод: пат. 2169704 Рос. Федерация: МПК7 С 02 F 1/24 / Ксенофонтов Б.С; заявитель и патентообладатель Ксенофонтов Б.С. - № 2000110429/12; заявл. 21.04.00; опубл. 27.06.01, Бюл. № 18. Ksenofontov B.S. Flotatsionnaya ustanovka dlya ochistki stochnykh vod [Flotation unit for wastewater treatment]. Patent RF, No 2169704, 2001. (in Russian) Флотационная машина для очистки сточных вод: пат. 60511 Рос. Федерация: МПК C 02 F1/24 / Ксенофонтов Б.С., Капитонова С.Н.; патентообладатель ОАО «ГосНИИСинтезбелок». - № 2006128099/22; заявл. 02.08.06; опубл. 27.01.07. Ksenofontov B.S., Kapitonova S.N. Flotatsionnaya mashina dlya ochistki stochnykh vod [Flotation machine for wastewater treatment]. Patent RF, No 60511, 2007. (in Russian) Флотоотстойник: пат. 132434 Рос. Федерация: МПК C 02 F1/24 / Ксенофонтов Б.С., Петрова Е.В.; патентообладатель МГТУ им. Н.Э. Баумана. - № 2013108965/05; заявл. 28.02.2013; опубл. 20.09.2013. Ksenofontov B.S., Petrova E.V. Flotootstoynik [Flotation machine with sedimentation]. Patent RF, No 132434, 2013. (in Russian) Гюнтер Л.И. Состояние и перспективы обработки и утилизации осадков сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. - 2005. - № 11. - С. 3-8. Gyunter L.I. Status and prospects of treatment and disposal of sewage sludge. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary technique]. 2005, I. 11. P. 3-8. (in Russian) Рекламный буклет фирмы SNF Floerger «Sludge Dewatering». Advertising booklet of SNF Floerger "Sludge Dewatering", 36 p. ООО «КВИ Интернэшнл. http://www.kwi-intl.com/. KWI International GmbH. Available at: http://www.kwiintl.com. Способ очистки сточных вод: пат. 2108496 Рос. Федерация: МПК C 02 F1/24 / Ксенофонтов Б.С.; патентообладатель Ксенофонтов Б.С. - № 96107962/25; заявл. 22.04.96; опубл. 20.04.98. Ksenofontov B.S. Sposob ochistki stochnykh vod [Method of wastewater treatment]. Patent RF, No 2108496, 1998. (in Russian) Смирнов А.М., Смирнов М.Н., Аким Э.Л. Практика использования флотационной очистки на предприятиях ЦБП // Целлюлоза, бумага, картон. 2005. № 1. С. 70-75. Smirnov A.M., Smirnov M.N., Akim E.L. The practice of using flotation treatment for pulp and paper mills. Tsellyuloza. Bumaga. Karton [Pulp. Paper. Board], 2005, I. 1. P. 70-75. (in Russian) Смирнов М.Н. Экономические аспекты внедрения флотационных установок в локальных системах очистки оборотных вод // Целлюлоза, бумага, картон. - 1996. - № 3-4. - C. 41-42. Smirnov M.N. Economic aspects of flotation plants in the local systems of circulating water treatment. Tsellyuloza. Bumaga. Karton [Pulp. Paper. Board], 1996, I. 3-4, P. 41-42. (in Russian) Смирнов А.М., Смирнов М.Н., Аким Э.Л. Применение методов напорной флотации в системах локальной и общезаводской очистки стоков // Целлюлоза, бумага, картон. - 2004. - № 10. - С. 74-80. Smirnov A.M., Smirnov M.N., Akim E.L Application of methods of pressure flotation systems for local and plant wide wastewater treatment. Tsellyuloza. Bumaga. Karton [Pulp. Paper. Board], 2004, I. 10. P. 74-80. (in Russian) Смирнов М.Н., Гусарова Г.А, Мандре Ю.Г, Аким Э.Л. Сочетание методов физико-химической и биологической очистки для решения проблем водосбережения на предприятиях ЦБП России // Целлюлоза, бумага, картон. - 2012. - № 4. - С. 58-65. Smirnov M.N., Gusarova G.A, Mandre Yu.G, Akim E.L. The combination of physic chemical and biological treatment to address water conservation in the Russian pulp and paper industry. Tsellyuloza. Bumaga. Karton [Pulp. Paper. Board], 2012. No 4. P. 58-65. (in Russian) Степанов С.В., Стрелков А.К., Сташок Ю.Е., Дубман И.С., Беляков А.В. Опыт проектирования очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов // Водоснабжение и санитарная техника. - 2013. - № 8. - С. 34-44. Stepanov S.V., Strelkov A.K., Stashok Yu.E., Dubman I.S., Belyakov A.V. The experience of designing oil refinery wastewater treatment facilities. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary technique], 2013, I. 8. P. 34-44. (in Russian) Wenying Liu, Moran C.J., Sue Vink A review of the effect of water quality on flotation // Minerals Engineering. - 2013. Vol. 53. - P. 91-100. Wenying Liu, Moran C.J., Sue Vink A review of the effect of water quality on flotation. Minerals Engineering, 2013, vol. 53. P. 91-100. Rubio J., Souza M.L., Smith R.W. Overview of flotation as a wastewater treatment technique // Minerals Engineering. 2002. - Vol. 15, I. 3. - P. 139-155. J. Rubio, M.L. Souza, R.W. Smith Overview of flotation as a wastewater treatment technique. Minerals Engineering, 2002, vol. 15, I. 3. P. 139-155. Polata H., Erdoganb D. Heavy metal removal from waste waters by ion flotation // Journal of Hazardous Materials. 2007. - Vol. 148, I. 1-2. - P. 267-273. Polata H., Erdoganb D. Heavy metal removal from waste waters by ion flotation. Journal of Hazardous Materials, 2007, vol. 148, I. 1-2. P. 267-273. Ксенофонтов Б.С., Козодаев А.С. Метод уплотнения избыточного активного ила с использованием раствора углекислого газа // Международная конференция «Водоотведение и утилизация осадков» IWA 2006. - С. 999. Ksenofontov B.S., Kozodaev A.S. Method of compaction of activated sludge using a solution of carbon dioxide. Mezhdunarodnaya konferentsiya "Vodootvedenie i utilizatsiya osadkov" IWA 2006 [International Conference "Wastewater disposal and utilization of sludges" IWA 2006]. Мoscow, 2006, p. 999. (in Russian) Ксенофонтов Б.С., Козодаев А.С., Дулина Л.А. Флотационный метод сгущения активного ила с использованием углекислого газа // Сборник докладов. 7-й международный конгресс «Вода: экология и технология» (ЭКВАТЕК-2006). - 2006. - Т.2. - С. 830. Ksenofontov, B.S., Kozodaev A.S., Dulina L.A. The flotation method thickening of activated sludge using carbon dioxide. Sbornik dokladov. 7-y mezhdunarodnyy kongress "Voda: ekologiya i tekhnologiya" (EKVATEK-2006) [7th International Forum "Water: Ecology and Technology" (Ecwatech-2006)]. Мoscow, 2006, vol. 2, p. 830. (in Russian) Ksenofontov B.S., Ivanov M.V. Intensification of waste water and soils treatment by flotation. - M.: Bauman MSTU, 2013. Ksenofontov B.S., Ivanov M.V. Intensification of waste water and soils treatment by flotation. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2013. 52 р.