Устройство для очистки сточных вод

 

Изобретение относится к оборудованию для газовой, химической, энергетической и пищевой промышленности и может быть использовано для осаждения коллоидных взвесей. Устройство для очистки сточных вод содержит цилиндрический корпус с патрубками вывода осадка, внутренний цилиндр. Внутренний цилиндр соединен с нижним конусом. Под отбойным верхним конусом размещена цилиндрическая камера с отбойным нижним конусом. Вокруг цилиндрического корпуса концентрически размещены кольцевые отстойные камеры. Также устройство содержит гидравлически связанные с корпусом и между собой аэратор и трубопровод исходной воды. Причем трубопровод исходной воды выполнен в виде горизонтального кольца с равномерно распределенными нисходящими вертикальными патрубками. Перпендикулярно нижним торцам патрубков установлены форсунки. Форсунки сгруппированы по высоте нисходящих вертикальных патрубков. При этом форсунки выполнены плоскощелевыми, причем плоскости щелей ориентированы вертикально. Технический результат: улучшение процесса осаждения коллоидных взвесей. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к оборудованию для газовой, химической, энергетической и пищевой промышленности и может быть использовано для осаждения коллоидных взвесей. Выделение из раствора коллоидных взвесей является сложной технической проблемой в связи с минимальными размерами коллоидных частичек - порядка 5 микрон, с чувствительностью системы к малейшим колебаниям нагрузок, вызывающих взмучивание коллоида, и длительным временем осаждения коллоида - более 2-х часов, что вызывает необходимость установки крупногабаритных отстойников-осветлителей. Так, для осаждения коллоидной взвеси на установке производительностью 20 куб.м/час необходим осветлитель емкостью /20x2/= 40 куб.м. Этот аппарат диаметром 3 м и высотой 7 м плохо вписывается как в блочную компактную установку, так и в габариты стационарного зала.

Проблема удаления тонкодисперсной коллоидной взвеси приводит к конической форме днища с углом на вершине конуса менее 60^o, что приводит к увеличению габаритов аппарата. Плановое или аварийное отключение подачи исходного продукта надолго выводит осветлитель из строя, т.к. требуется время на заполнение осветлителя, на накопление в нем осадка и на установление стабильного режима осаждения. Слой чистой воды будет более надежно защищен от взмучивания, если единичный аппарат разделить на каскад последовательно соединенных камер, например, по патенту США N 4213862, МКИ В 01 D 21/10, опубл.22.07.80.

Дозу коагулянта можно снизить, если обеспечить динамический контакт свежего продукта со взвешенным осадком /В.А.Клячко, И.А.Апельцин "Подготовка воды для промышленного и городского водоснабжения", М., "ГСИ", 1962, 146/. При таком контакте происходит агломерация частиц и интенсифицируется коагуляция.

Оптимальным вариантом будет сочетание изолированных динамической и статической зон, т.к. в чисто динамическом режиме коллоид будет находиться во взмученном состоянии. Для устранения этого недостатка предложены способ и устройство, включающие, кроме динамической и статической зон, дополнительные устройства для грубой и тонкой фильтрации. Однако устройство для грубой фильтрации в виде пакета наклонных пластин малоэффективно, а плавающий фильтрующий материал не исключает проскока, коллоида и подвержен забивке, что взмучивает коллоидную взвесь /патент ГДР N 213909, МКИ В 01 D 23/10, опубл. 26.09.84/.

Известна конструкция устройства для очистки сточных вод, обеспечивающая эффективное скоростное осветление коллоидных растворов как в области повышенных, так и низких температур, а также рациональное использование объема аппарата, принятая нами за прототип / патент РФ N 2043304, С 02 F 1/24, 1/40 от 10.09.95/. Устройство по патенту включает цилиндрический корпус, содержащий коаксиально расположенную цилиндрическую камеру с переливными отверстиями, коаксиальный цилиндр, соединенный с нижним конусом, и отбойный верхний конус, кольцевые отстойные камеры, концентрически расположенные вокруг цилиндрической камеры и гидравлически соединенные между собой, аэратор, технологические патрубки, снабжен верхним и нижним днищами, цилиндрическая камера, снабженная сборным лотком, расположенным снаружи ее верхней части на уровне переливных отверстий, и коническим днищем с патрубком вывода осадка, при этом верхний конус установлен над цилиндром и большим основанием примыкает к внутренней поверхности цилиндрической камеры ниже переливных отверстий, а подающий трубопровод исходной воды снабжен патрубками, тангенциально соединенными с цилиндром.

Промышленные испытания устройства по патенту выявили ряд существенных недостатков: тангенциальные вводы исходной воды пронизывают четыре концентричных цилиндрических обечайки по сложным эллиптическим кривым, которые трудно выполнить в металле с минимальными зазорами. А большие зазоры вызывают перетоки между камерами, снижая качество осветления. Положение усугубляется тем, что швы пересечения неконтролируемы; плохая работа гидроциклона и плохое осветление из-за недостаточной интенсивности перемешивания, т.к. заставить вращать массу воды объемом ~20 куб.м двумя точечными вводами - задача довольно сложная. Ситуация осложняется тем, что осветлители часто эксплуатируют не под атмосферным давлением, а в режиме под давлением сетевой воды, т. к. при этом исключаются буферная емкость после осветлителя и насос, а также упраздняется контроль уровня. Перепад давления в подающем трубопроводе и в цилиндрической камере практически отсутствует, что резко снижает вращающий момент; сложность обвязки двух тангенциальных вводов и сложность контроля и регулировки равномерности подачи воды на каждый ввод.

Целью предлагаемого изобретения является устранение названных недостатков. Указанная цель достигается тем, что в устройстве цилиндрический корпус с патрубками вывода осадка, внутренний цилиндр, соединенный с нижним конусом, и отбойный верхний конус, под которым размещена цилиндрическая камера с отбойным нижним конусом, кольцевые отстойные камеры, концентрически размещенные вокруг цилиндрического корпуса и гидравлически связанные с корпусом и между собой, аэратор, трубопровод исходной воды, выполненный в виде горизонтального кольца с равномерно распределенными нисходящими вертикальными патрубками, перпендикулярно нижним торцам которых установлены форсунки. Форсунки размещены в полости между внутренним цилиндром и цилиндрической камерой с односторонним тангенциальным выходом сопел форсунок во внутреннюю полость цилиндрической камеры. Форсунки сгруппированы по высоте нисходящих вертикальных патрубков. Форсунки выполнены плоскощелевыми, причем плоскости щелей ориентированы вертикально. Аэратор установлен по вертикальной оси устройства в зоне плоскощелевых форсунок, снабжен соплами, ориентированными в том же направлении, что и щели форсунок. Трубопровод сжатого воздуха подключен к трубопроводу исходной воды.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство в продольном разрезе, на фиг. 2 - в поперечном, на фиг. 3 - вид А фиг. 2, на фиг. 4 - вид Б фиг. 3.

Устройство для очистки сточных вод содержит цилиндрический корпус 1 с патрубками вывода осадка 2 и 3, внутренний цилиндр 4, соединенный с нижним конусом 5, и отбойный верхний конус 6, под которым размещена цилиндрическая камера 7 с отбойным нижним конусом 8, кольцевая отстойная камера 9, концентрически размещенная вокруг цилиндрического корпуса 1 и гидравлически связанная с ним вырезами 12, верхнее 10 и нижнее 11 сферические днища, аэратор 13, трубопровод исходной воды 14 с патрубками 15. Трубопровод исходной воды 14 выполнен в виде горизонтального кольца с равномерно распределенными нисходящими вертикальными патрубками 15, перпендикулярно нижним торцам которых установлены форсунки 16. Форсунки размещены в полости между внутренним цилиндром 4 и цилиндрической камерой 7 с односторонним выходом сопел форсунок 16 во внутреннюю полость цилиндрической камеры 7. Форсунки 16 сгруппированы по высоте нисходящих вертикальных патрубков 15. Форсунки выполнены плоскощелевыми, причем плоскости щелей 17 ориентированы вертикально. Аэратор 13 установлен на вертикальной оси устройства в зоне плоскощелевых форсунок 16, снабжен соплами 18, ориентированными в том же направлении, что и щели форсунок 16, и выполнен съемным. Съемность аэратора 13 и воздуховода 22 обеспечивается муфтой 19 и болтовым соединением 20 на патрубке люка 21. Трубопровод сжатого воздуха подключен не только к аэратору, но и к трубопроводу исходной воды - вентили 23 и 24. Подача исходной воды к трубопроводу 14 производится через вентиль 25, отбор очищенной воды - через вентиль 26. Устройство снабжено также воздушкой 27.

Устройство для очистки сточных вод работает следующим образом. Вода, подлежащая очистке, подается в устройство через вентиль 25 в трубопровод 14, предварительно пройдя через электрокоагулятор, где насыщается ионами алюминия и железа. Через патрубки 15 поток воды попадает в форсунки 16, где вследствие сужения прохода в плоской щели 17 потенциальная энергия давления воды в трубопроводе преобразуется в кинетическую энергию поступательного движения воды на выходе из форсунок. За счет вязкого трения плоской струи с окружающей водой в движение приходят близлежащие к плоской струе слои воды. Однонаправленные потоки воды от разных форсунок суммируются, а прямоточное движение преобразуется во вращательное вследствие тангенциального расположения плоских потоков и направляющей цилиндрической стенки камеры 7. Интенсивность движения можно изменять в зависимости от объема воды в устройстве изменением количества коллекторных патрубков 15, количества форсунок 16 и геометрии форсунок. Наиболее интенсивно перемешиваются слои на периферии объема камеры 7, менее интенсивно - внутренние слои возле трубопровода 22, что связано с гашением движения вязкой жидкостью. Чтобы активизировать внутреннюю зону, используем энергию сжатого воздуха: аэратор снабжен соплами, ориентированными в том же направлении, что и щели форсунок. Ориентация необходима, чтобы встречные потоки не гасили друг друга. Кроме интенсификации движения воды в динамической зоне, предлагаемая конструкция исключает перетоки между камерами обечаек 7,4,1,9 и резко упрощает изготовление устройства, т.к. исключаются сложные эллиптические вырезы в обечайках в местах пересечения с тангенциальными патрубками. Вращение потока воды возникает независимо от давления в аппарате - атмосферного или равного сетевому давления воды. Упрощается обвязка трубопровода исходной воды и контроль за расходом - имеем только один наружный ввод 25 и один расходомер воды. При вращении суспензии в камере 7 идет агрегатирование коллоидной взвеси и ее разделение на осветленную жидкость и сгущенную суспензию, суть осадок. Осадок, представленный, в основном, песком и другими механическими примесями, а также крупными агрегатами коллоида, концентрируется в коническом днище 5 и выводится из устройства через штуцер 2. Разделение осуществляется благодаря механизму гидроциклона, по которому построена конструкция внутренней части устройства. Интенсивность разделения напрямую связана с интенсивностью вращения потока, поэтому вклад новых механизмов закрутки потока весьма существенен. Стадию осаждения мелкодисперсных коллоидных взвесей проводим, как и положено по кинетике, в статических отстойных камерах, образованных обечайками 9,1,4. Малейшее движение в этих камерах приводит к взмучиванию осадка. Сброс тонкодисперсного осадка производится через штуцер 3. Забор чистой воды производится через верхний штуцер 26, чтобы столбом жидкости исключить унос осадка и держать устройство всегда заполненным даже при аварийных отключениях электроэнергии. За счет подачи в устройство воздуха решается проблема обезжелезивания, т.к. растворимое двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, выпадающего в осадок вместе с осадком гидроксида коагулянта. Резервная подача исходного воздуха в трубопровод исходной воды через штуцер 24 позволяет для ряда процессов интенсифицировать массообмен и химические реакции, т. к. удельное соотношение объемов воздуха и воды в трубопроводах 14 и 15 на порядок превышает это соотношение в объеме аппарата. Кроме того, двухфазный поток проходит дополнительную обработку в форсунках 16, связанную с преобразованием потенциальной и кинетической энергий. При необходимости может быть произведена продувка сжатым воздухом щелей форсунок, при этом вентиль 25 перекрывается. При декантации осадка коагулянта идет соосаждение осадков солей жесткости и сорбция соосаждением солей тяжелых металлов и органики. Это обуславливает комплексную очистку воды и ее осветление.

Установка люка 21 и съемность воздуховода 22 и аэратора 13 позволяют контролировать все ранее скрытые швы устройства, а также производить механическую чистку щелей форсунок 16 и полости конуса 5. В настоящее время совместно с ООО "Югтрансгаз" Газпрома идет изготовление установки водоподготовки Q = 1500 куб.м /сутки с использованием данного изобретения для станции подземного хранения газа в г. Песчаный Умет Саратовской области. Ы

Формула изобретения

1. Устройство для очистки сточных вод, содержащее цилиндрический корпус с патрубками вывода осадка, внутренний цилиндр, соединенный с нижним конусом и отбойный верхний конус, под которым размещена цилиндрическая камера с отбойным нижним конусом, кольцевые отстойные камеры концентрически размещенные вокруг цилиндрического корпуса и гидравлически связанные с корпусом и между собой, аэратор, трубопровод исходной воды с патрубками, отличающееся тем, что трубопровод исходной воды выполнен в виде горизонтального кольца с равномерно распределенными нисходящими вертикальными патрубками, перпендикулярно нижним торцам которых установлены форсунки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форсунки размещены в полости между внутренним цилиндром и цилиндрической камерой с односторонним тангенциальным выходом сопел форсунок во внутреннюю полость цилиндрической камеры.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что форсунки сгруппированы по высоте нисходящих вертикальных патрубков.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что форсунки выполнены плоскощелевыми, причем плоскости щелей ориентированы вертикально.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что аэратор установлен по вертикальной оси устройства в зоне плоскощелевых форсунок, снабжен соплами, ориентированными в том же направлении, что и щели форсунок и выполнен съемным.

6. Устройство по пп.1 - 5, отличающееся тем, что трубопровод сжатого воздуха подключен к трубопроводу исходной воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4