Флотокомбайны для очистки сточных вод типа КБС общего и специального назначения и режимы их работы

Б.С. КСЕНОФОНТОВ
ФЛОТОКОМБАЙНЫ 
ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ТИПА КБС ОБЩЕГО 
И СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 
И РЕЖИМЫ ИХ РАБОТЫ
МОНОГРАФИЯ
Москва
ИНФРА-М
2025

УДК	628.3(075.4)
ББК	38.761.104
	
К86
Р е ц е н з е н т:
Луканин А.В., доктор технических наук, профессор, профессор Российского университета дружбы народов
Ксенофонтов Б.С.
К86	 	
Флотокомбайны для очистки сточных вод типа КБС общего и специального назначения и режимы их работы : монография / Б.С. Ксенофонтов. — Москва : ИНФРА-М, 2025. — 308 с. — (Научная мысль). — 
DOI 10.12737/2170637.
ISBN 978-5-16-020367-6 (print)
ISBN 978-5-16-112933-3 (online)
В монографии рассмотрены актуальные вопросы физико-химической 
обработки техногенных вод с использованием комбинированной флотационной техники, в том числе флотокомбайнов типа КБС различного назначения. Большое внимание уделено извлечению металлов из техногенных 
вод. Достаточно подробно рассмотрены основы ионной флотации, используемой для извлечения ионов ценных металлов. Показано, что использование флотокомбайнов типа КБС позволяет заметно повысить извлечение различных загрязнений из техногенных вод, причем с уменьшенными 
энерго- и материалозатратами.
Предназначена для научных сотрудников, студентов старших курсов, 
аспирантов, преподавателей вузов и всех интересующихся проблемами 
очистки техногенных и сточных вод.
УДК 628.3(075.4)
ББК 38.761.104
Данная книга доступна в цветном -
исполнении 

в электронно-библиотечной системе Znanium
ISBN 978-5-16-020367-6 (print)
ISBN 978-5-16-112933-3 (online)
©  Ксенофонтов Б.С., 2025

Введение
Разработка новой техники для очистки сточных вод обусловлена 
как необходимостью повышения эффективности очистки воды, так 
и снижения удельных материало- и энергозатрат. В этой связи идет 
постоянное совершенствание существующей и разработка новой 
водоочистной техники [1—66].
Для очистки сточных вод используется флотационная техника 
преимущественно напорного типа. Хотя процесс флотации известен давно, однако принципиально новых технических решений 
в этой области относительно мало. В качестве примера приведем 
разработанный автором в 1989—1992 гг. способ напорной флотации 
с двумя рабочими жидкостями [16], из которых одна рабочая жидкость с труднорастворимым газом (воздухом), а другая — с легкорастворимым газом, например с углекислым газом. Этот способ был 
испытан и использован автором впервые в отечественной практике 
на биотехнологических предприятиях.
Другой пример — это направление, связанное с развитием использования комбинированных установок, осуществленное под руководством автора, начиная с 1995 года на подмосковных машиностроительных предприятиях.
Проведенные автором [1] исследования определили возможность аппаратурного оформления этого способа с использованием 
комбинированной установки, названной автором флотокомбайном. 
Автором разработаны и другие способы и аппараты флотационной 
очистки сточных вод с учетом их конкретного состава.
Развиваемое автором направление флотационной очистки с использованием многостадийной и обобщенной моделей с применением разработанных автором флотокомбайнов находится на стадии 
активного внедрения начиная с  90-х годов прошлого века. Нынешняя стадия развития указанного направления связана с расширением внедрения разновидностей флотокомбайнов.
В предлагаемой монографии рассматриваются результаты исследований за более чем 30-летний период начиная с 1987 г. [1, 13]. 
При этом основное внимание уделено теоретическим основам процесса флотации на основе многостадийной и обощенной моделей, 
разработке и внедрению флотокомбайнов как общего, так и специального назначения.
3

Глава 1
ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ 
ФЛОТАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ 
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОСТАДИЙНОЙ 
И ОБОБЩЕННОЙ МОДЕЛЕЙ И ПРИНЦИПОВ 
БИОПОДОБИЯ
Разработка новой флотационной техники для очистки воды проводится нами в течение нескольких последних десятилетий на основе применения многостадийной модели флотации и принципов 
биоподобия [1—13].
Сущность этого подхода заключается в том, что очистка воды 
с  использованием флотации как основы новой предлагаемой 
технологии рассматривается на  основе многостадийной и  обобщенной моделей процесса флотации [1—11], а конструирование 
водоочистной установки для реализации указанной технологии 
предлагается на основе биоподобия, в том числе в одном корпусе 
на  единой платформе. Использование многостадийной и  обобщенной моделей процесса указывает на целесообразность применения во флотационном аппарате ряда элементов, в частности разделяющих перегородок, регулирующих скорости водного потока 
внутри аппарата, фильтрующих сеток, блоков с расходящимися 
или сходящимися пластинами и т.п. На риc. 1.1 показана принципиальная схема наиболее простого флотокомбайна1 в виде флотоотстойника простейшей конструкции, а на риc. 1.2 — схема флотокомбайна с расположенными внутри функциональными элементами. 
Самым существенным достижением в технологическом отношении 
будет получение сгущенного осадка, а также достижение более высокой эффективности очистки воды в последнем случае.
Пример реализации простейшего варианта флотокомбайна 
в виде флотоотстойника представлен на риc. 1.3. Основные стадии 
процессов, происходящих в рабочем пространстве такого флотоотстойника, связаны с  использованием отстаивания, флотации 
и фильтрации.
Для сравнения различных вариантов флотокомбайнов рассмотрим схему флотокомбайна, представленного на риc. 1.4.
1	
Термин «флотокомбайн» впервые предложен Ксенофонтовым Б.С.
4

альная схема наиболее простого флотокомбайна  в виде флотоотстойника простейшей конструкции, а на рис. 1.2 – схема флотокомбайна с расположенными 
внутри функциональными элементами. Самым существенным достижением в 
технологическом отношении будет получение сгущенного осадка, а также достижение более высокой эффективности очистки воды в последнем случае. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Риc. 1.1. Принципиальная схема флотокомбайна (в виде флотоотстойника): 
 
Рис. 1.1.  Принципиальная схема флотокомбайна (в виде флотоотстойника): 
1 — корпус флотокомбайна; 2 — зона сбора пены; 3 — зона образования 
1- корпус флотокомбайна; 2 – зона сбора пены; 3 – образования и сбора осадка; 4 – сборник осадка 
 
и сбора осадка; 4 — сборник осадка. CВ — сточная вода; ОВ — очищенная вода
                                                            
1 Термин флотокомбайн впервые предложен Ксенофонтовым Б.С. 
 
 
Риc. 1.2. Принципиальная схема флотокомбайна с расположенными внутри 
корпуса функциональными элементами:
1 — корпус флотокомбайна; 2 — пеноконцентратор; 3 — зона образования 
и сгущения осадка; 4 — сборник сгущенного осадка; 5 — функциональные элементы, способствующие интенсификации процессов очистки воды.
CВ — сточная вода; ОВ — очищенная вода
5
Рис. 1.2. Принципиальная схема флотокомбайна с расположенными  
внутри корпуса функциональными элементами: 
1 – корпус флотокомбайна; 2 – пеноконцентратор;  
3 –  зона образования и сгущения осадка; 4 – сборник сгущенного осадка;  
5- функциональные элементы, способствующие интенсификации процессов 
очистки воды. CВ – сточная вода; ОВ – очищенная вода 
 
Пример реализации простейшего варианта флотокомбайна в виде флотоотстойника представлен на рис.1.3. Основные стадии процессов, происходящих в рабочем пространстве такого флотоотстойника связаны с использованием отстаивания, флотации и фильтрации. 
 

Риc. 1.3. Схема простейшего флотокомбайна (флотоотстойника):
1 — корпус флотокомбайна; 2 — патрубок для подачи 1-й рабочей жидкости; 
3 — патрубок подачи сточной воды; 4 — патрубок подачи раствора реагента; 5 и 7 — полки пенного желоба; 6 — выходной патрубок для выгрузки 
пены; 8 — сетка; 9 — патрубок вывода осветленной воды; 10 — стойки;
11 — днище; 12 — патрубок отвода осадка; 13 — патрубок подачи 2-й рабочей жидкости
Использование многостадийной и обобщенной моделей процесса 
указывает на целесообразность применения во флотокомбайне большего количества элементов, в частности разделяющих перегородок, 
регулирующих скорости водного потока внутри аппарата, фильтрующей сетки и других, а также блока сгущения осадка (риc. 1.4).
Разработанный автором флотокомбайн (риc.  1.4)  включает 
Рис. 1.3. Схема простейшего флотокомбайна (флотоотстойника): 
1-корпус флотокомбайна, 2 – патрубок для подачи 1-ой рабочей жидкости,  
3-патрубок подачи сточной воды, 4 – патрубок подачи раствора реагента,  
5 и 7 –полки пенного желоба, 6 – выходной патрубок для выгрузки пены,  
8 – сетка, 9 – патрубок вывода осветленной воды, 10 – стойки, 11 – днище,  
12 – патрубок отвода осадка, 13 – патрубок подачи 2-ой рабочей жидкости 
 
Для сравнения различных вариантов флотокомбайнов рассмотрим схему 
флотокомбайна, представленного на рис. 1.4.  
Использование многостадийной и обобщенной моделей процесса указывает на целесообразность применения во флотокомбайне большего количества 
элементов, в частности разделяющих перегородок, регулирующих скорости 
водного потока внутри аппарата, фильтрующей сетки и других, а также блока 
сгущения осадка (рис. 1.4). 
 
корпус 1, на внешней стороне которого расположены патрубки соответственно для подачи раствора 2, рабочей жидкости 3, исходной 
(грязной) воды 4, а также пенный желоб 6, сорбционный фильтр 
9 с фильтрующей загрузкой 10 и патрубком вывода чистой воды 
11, шнековый сгуститель 12 со шнеком 13 внутри, соединенным со 
сборником осветленной жидкости 14 и со сборником сгущенного 
осадка 15, а  внутри корпуса мешалка 5, сетчатая перегородка 7 
и обеззараживающее устройство 8.
6

 
 
Риc. 1.4. Схема флотокомбайна (разработка автора)
Рис. 1.4. Схема флотокомбайна (разработка автора) 
Принцип работы флотокомбайна включает подачу грязной воды 
через патрубок 4 внутрь корпуса 1, а также подачу рабочей жидкости и раствора реагента соответственно через патрубки 3 и 2. Поступающие внутрь корпуса 1 потоки перемешиваются с помощью 
мешалки 5, что приводит к образованию флотокомплексов «частица 
загрязнений — газовый пузырек» и их дальнейшему всплыванию 
в пенный слой, образующийся в пенном желобе 6, из которого они 
далее подаются наряду с осадком в шнековый сгуститель 12. Сгущенный продукт собирается в сборнике 15, а отделенная жидкость 
в сборнике 14.
Очищаемая в корпусе 1 флотокомбайна вода после отделения 
загрязнений преимущественно в виде флотокомплексов проходит 
последовательно через сетчатую перегородку 7, обеззараживающее устройство 8, например в  виде ультрафиолетовой лампы 
или контактной камеры озонирования, и далее пропускается через 
угольную загрузку 10 фильтра 9 и выводится через патрубок 11.
Разработанный автором флотокомбайн (рис. 1.4) включает корпус 1, на 
внешней стороне которого расположены патрубки соответственно для подачи 
раствора 2, рабочей жидкости 3, исходной (грязной) воды 4, пенный желоб 6, 
сорбционный фильтр 9 с фильтрующей загрузкой 10 и патрубком вывода чистой воды 11, шнековый сгуститель 12 со шнеком 13 внутри, соединенным  со 
сборником осветленной жидкости 14 и со сборником сгущенного осадка 15, а 
внутри корпуса  мешалка 5, сетчатая перегородка 7 и  обеззараживающее 
устройство 8. 
Принцип работы флотокомбайна включает подачу грязной воды через патрубок 4 внутрь корпуса 1, а также подачу рабочей жидкости и раствора реагента соответственно через патрубки 3 и 2.  Поступающие внутрь корпуса 1 потоки перемешиваются с помощью мешалки 5, что приводит к образованию 
флотокомплексов частица загрязнений-газовый пузырек и их дальнейшему 
всплыванию в пенный слой, образующемуся в пенном желобе 6, из которого он 
далее подается наряду с осадком в шнековый сгуститель 12. Сгущенный продукт собирается в сборнике 15, а отделенная жидкость в сборнике 14.  
 
7

рез сетчатую перегородку 7, обеззараживающее устройство 8, например, в виде 
ультрафиолетовой лампы или контактной камеры озонирования и далее пропускается через угольную загрузку 10 фильтра 9 и выводится через патрубок 
11. 
Такой флотокомбайн может автономно использоваться в  каТакой флотокомбайн может автономно использоваться в качестве локальной очистной установки с площадью меньшей, чем в случае использования 
сооружений – аналогов до 1,6 – 2,2 раза. 
честве локальной очистной установки с площадью меньшей, чем 
в случае использования сооружений-аналогов, до 1,6—2,2 раза.
Сравнительная эффективность очистки сточных вод при использоСравнительная эффективность очистки сточных вод при использовании 
разных способов обработки с использованием, в том числе и флотокомбайнов, 
приведена на рис. 1.5 -1.6. Показано, что усредненные значения остаточной 
концентрации нефтепродуктов (рис.1.5) в очищенной воде после флотокомбайна заметно ниже, чем после очистки во флотоотстойнике. Аналогичные данные 
по остаточному влагосодержанию, которые свидетельствуют о более низкой 
влажности осадка после обработки сточных вод во флотокомбайне по сравнению с использованием флотоотстойника, приведены на (рис.1.6). 
 
вании разных способов обработки с использованием, в том числе, и флотокомбайнов, приведена на риc. 1.5 и 1.6. Показано, что усредненные 
значения остаточной концентрации нефтепродуктов (риc. 1.5)  в очищенной воде после флотокомбайна заметно ниже, чем после очистки 
во флотоотстойнике. Аналогичные данные по остаточному влагосодержанию, которые свидетельствуют о более низкой влажности осадка 
после обработки сточных вод во флотокомбайне по сравнению с использованием флотоотстойника, приведены на риc. 1.6.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Риc. 1.5. Усредненные значения концентрации нефтепродуктов в осветленной воде:
1 — после отстаивания; 2 — после очистки во флотоотойнике; 3 — после 
очистки во флотокомбайне
Таким образом, обработка сточной воды во флотокомбайне приРис. 1.5. Усредненные значения концентрации нефтепродуктов  
в осветленной воде: 
1 – после отстаивания; 2 – после очистки во флотоотойнике;  
3 – после очистки во флотокомбайне. 
водит к заметно лучшим результатам, чем при использовании флотоотстойника.
Важно также отметить использование кинетических моделей процессов очистки, в том числе флотации. Новый подход, основанный 
на многостадийности процесса, оказался успешным для интенсификации процессов не только на существующем, но и на вновь разработанном оборудовании [6—11]. При этом развитие процесса моделирования способствовало появлению нового типа оборудования — флотокомбайнов, которые оказались более эффективными при меньших 
материало- и энергозатратах, чем известные машины и аппараты.
8

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Риc. 1.6. Усредненные значения влагосодержания осадков, образующихся 
при различных видах обработки осадков сточных вод:
1 — после отстаивания; 2 — после обработки во флотоотстойнике;
3 — после обработки во флотокомбайне
Рис. 1.6.  Усредненные значения влагосодержания осадков, образующихся  
при различных видах обработки осадков сточных вод: 
1 – после отстаивания; 2 – после обработки во флотоотстойнике;  
3 – после обработки во флотокомбайне. 
 
Таким образом, обработка сточной воды во флотокомбайне приводит к 
заметно лучшим результатам, чем при использовании флотоотстойника. 
Важно также отметить использование кинетических моделей процессов 
очистки, в том числе, флотации. Новый подход, основанный на многостадийности процесса оказался успешным не только для интенсификации процессов на 
существующем, но и на вновь разработанном оборудовании [6-11]. При этом 
развитие процесса моделирования способствовало появлению нового типа оборудования – флотокомбайнов, которые оказались более эффективными при 
меньших материало- и энергозатратах, чем известные машины и аппараты.  
            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9

Глава 2
МНОГОСТАДИЙНАЯ МОДЕЛЬ ФЛОТАЦИИ
                              
Известно достаточно много моделей флотационного процесса 
2. МНОГОСТАДИЙНАЯ МОДЕЛЬ ФЛОТАЦИИ 
 
Известно достаточно много моделей флотационного процесса [1-12, 36-47], 
но особо следует отметить модель профессора Белоглазова. Согласно этой модели, процесс флотации рассматривается по аналогии с простой химической 
реакцией первого порядка (рис. 2.1) 
[1—12, 36—47], но особо следует отметить модель профессора Белоглазова. Согласно этой модели, процесс флотации рассматривается 
по  аналогии с  простой химической реакцией первого порядка 
(риc. 2.1).
Риc. 2.1. Схема процесса флотации по Белоглазову.
А — исходное состояние; С — пенный слой
Уравнение процесса флотации по Белоглазову имеет вид
k
C
C e
, 	
(2.1)
	
−τ
=
0
где С и С0 — концентрации загрязнений в текущий и начальный моменты, соответственно;
 
Рис. 2.1. Схема процесса флотации по Белоглазову 
А-исходное состояние; С-пенный слой. 
 
Уравнение процесса флотации по Белоглазову имеет вид 
 
 
 
 
 
0
k
C
C e
     
 
 
 
(1.1)  
где    и    – концентрации загрязнений в текущий и начальный моменты, соответственно; 
k – константа, характеризующая скорость флотационного процесса; 
τ – время.  
k — константа, характеризующая скорость флотационного процесса;
1.5qE
k
k D , 
 
 
 
 
 
 (1.2) 
τ — время;
0
	
=
1,5qE
k
k D ,	
(2.2)
0
где q — скорость барботирования;
E — эффективность захвата частиц всплывающим пузырьком 
газа при флотации;
k0 — фактор полидисперсности пузырьков;
D
 — средний диаметр пузырьков во флотационной ячейке.
Существенные недостатки такого подхода:
–
– флотокомплекс не рассматривается в качестве объекта исследования;
–
– отсутствует зависимость образования пенного продукта 
от времени;
–
– не в полной мере указаны факторы, влияющие на кинетику 
процесса.
10
где    – скорость барботирования; 
  – эффективность захвата частиц всплывающим пузырьком газа при 
флотации; 
   – фактор полидисперсности пузырьков; 
  – средний диаметр пузырьков во флотационной ячейке. 
Существенные недостатки такого подхода: 
-  флотокомплекс не рассматривается в качестве объекта исследования; 
-  отсутствует зависимость образования пенного продукта от времени; 
-  не в полной мере указаны факторы, влияющие на кинетику процесса 
Устранение этих недостатков и наиболее полное описание процесса флотации было предложено Ксенофонтовым Б.С. в середине 80-х годов XX века [113]. Согласно этому подходу процесс флотации рассматривается по аналогии со 
сложной химической реакцией первого порядка. 
Следует особо отметить, что разработка автором этой модели началась с 
дискуссии в 70-80 годах ХХ века между автором и проф. Классеном В.И., который утверждал, что модель Белоглазова неплохо описывает экспериментальные 
данные. Однако, твердым убеждением автора было и остается непреклонным, 
что в основе модели флотационного процесса должен быть флотокомплекс частица – пузырек. Это и было положено в основу предложенной модели, впер