Коагулирующая колонна

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для реагентной обработки вод, и может быть использовано в качестве смесителя-хлопьеобразователя перед осадителями коагулированных хлопьев. Коагулирующая колонна содержит вертикально ориентированную смесительную камеру с размещенным внутри нее активатором, над которым расположен выход узла подачи очищаемой воды. Колонна содержит вертикально ориентированный корпус, внутренняя полость которого имеет поперечное сечение квадратной формы и соотношение ширины и высоты 1:3. Полость корпуса разделена на смесительную камеру большего объема и камеру водоотведения посредством ложной перегородки, установленной параллельно одной из стенок корпуса на расстоянии, равном 15% от ширины полости корпуса. Указанные камеры сообщены друг с другом выше и ниже ложной перегородки, боковые кромки которой жестко прикреплены к стенкам корпуса. В качестве активатора используют плавающую загрузку в виде кубиков из пенополистирола с размером стороны 15 мм, общий объем которых составляет 1/3 от объема полости корпуса. Плавающая загрузка ограничена сверху и снизу поперечными решетками с размером ячеек 7 мм, установленными в смесительной камере. В камере водоотведения размещены датчики уровня и она снабжена двумя сообщенными друг с другом патрубками отвода коагулированной воды, верхний из которых расположен ниже верхней кромки ложной перегородки, а другой размещен в нижней части корпуса и снабжен затвором. Узел подачи очищаемой воды выполнен в виде трубопровода диаметром 6,5% от ширины полости корпуса, ориентированного параллельно корпусу, выход которого расположен в полости корпуса над верхней поперечной решеткой, при этом указанный трубопровод снабжен последовательно и снизу вверх размещенными патрубками напорной подачи морской воды, сульфата алюминия и щелочного реагента соответственно, расстояние между которыми составляет 40% от ширины полости корпуса. Кроме того, днище корпуса выполнено с уклоном в сторону нижнего патрубка отвода коагулированной воды. Технический результат: повышение качества очищаемой воды за счет повышения эффективности процесса хлопьеобразования; интенсивное, контролируемое и поэтапное предварительное смешивание очищаемой воды с раздельно вводимыми химическими реагентами; сниженный расход химических реагентов; уменьшение трудоемкости изготовления устройства и его размеров. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для реагентной обработки вод, и может быть использовано в качестве смесителя-хлопьеобразователя перед осадителями коагулированных хлопьев.

Известен вертикальный отстойник для физико-химической очистки вод, содержащий цилиндрический корпус, снабженный патрубками отвода осадка и осветленной воды, в полости которого расположена вихревая камера хлопьеобразования, выполненная в форме конуса, вершина которого ориентирована наружу и сообщена с узлом подачи вод, включающим эжектирующую насадку с соплом, при этом днище корпуса выполнено в форме конуса, ориентированного вершиной наружу (см. патент РФ № 2308314, МПК B01D 21/08, дата публикации 20.10.2007).

Данное техническое решение обладает следующими недостатками:

- конструкция устройства не позволяет полноценно контролировать и/или регулировать качество и скорость смешивания загрязненной жидкости с раствором химических реагентов до их поступления в вихревую камеру хлопьеобразования и как следствие - полноту протекания химической реакции хлопьеобразования в вихревой камере;

- отвод осадка из полости корпуса требует задействования дополнительных механизмов (например насоса), поскольку выход патрубка отвода осадка расположен в верхней части корпуса.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) принята коагулирующая колонна, содержащая вертикально ориентированную смесительную камеру с размещенным внутри нее активатором, состоящим из крыльчаток и лопастных колец, над которым расположен выход узла подачи вод (см. патент РФ № 2302377, МПК C02F 1/52, дата публикации 10.07.2007).

Недостатками прототипа являются:

- необходимость подбора параметров лопастей крыльчаток и лопастных колец (количество, размеры, шаг и угол наклона) значительно увеличивает трудоемкость их изготовления;

- распределение активатора по высоте смесительной камеры приводит к столкновению струй жидкости с его жесткими элементами, что может препятствовать укрупнению коагулированных хлопьев и способствовать повышенному механическому износу указанных элементов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка коагулирующей колонны с низкой трудоемкостью изготовления, обеспечивающей высокую эффективность коагуляции взвешенных частиц.

Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в следующем:

- повышение качества очищаемой воды за счет повышения эффективности процесса хлопьеобразования;

- интенсивное, контролируемое и поэтапное предварительное смешивание очищаемой воды с раздельно вводимыми химическими реагентами;

- сниженный расход химических реагентов;

- уменьшение трудоемкости изготовления устройства и его размеров.

Поставленная задача решается тем, что коагулирующая колонна, содержащая вертикально ориентированную смесительную камеру с размещенным внутри нее активатором, над которым расположен выход узла подачи очищаемой воды отличается тем, что содержит вертикально ориентированный корпус, внутренняя полость которого имеет поперечное сечение квадратной формы и соотношение ширины и высоты 1:3, при этом полость корпуса разделена на смесительную камеру большего объема и камеру водоотведения посредством ложной перегородки, установленной параллельно одной из стенок корпуса на расстоянии, равном 15% от ширины полости корпуса, а указанные камеры сообщены друг с другом выше и ниже ложной перегородки, боковые кромки которой жестко прикреплены к стенкам корпуса, кроме того, в качестве активатора используют плавающую загрузку в виде кубиков из пенополистирола с размером стороны 15 мм, общий объем которых составляет 1/3 от объема полости корпуса, причем плавающая загрузка ограничена сверху и снизу поперечными решетками с размером ячеек 7 мм, установленными в смесительной камере, кроме того, в камере водоотведения размещены датчики уровня и она снабжена двумя сообщенными друг с другом патрубками отвода коагулированной воды, верхний из которых расположен ниже верхней кромки ложной перегородки, а другой размещен в нижней части корпуса и снабжен затвором, кроме того, узел подачи очищаемой воды выполнен в виде трубопровода диаметром 6,5% от ширины полости корпуса, ориентированного параллельно корпусу, выход которого расположен в полости корпуса над верхней поперечной решеткой, при этом указанный трубопровод снабжен последовательно и снизу вверх размещенными патрубками напорной подачи морской воды, сульфата алюминия и щелочного реагента соответственно, расстояние между которыми составляет 40% от ширины полости корпуса.

Кроме того, днище корпуса выполнено с уклоном в сторону нижнего патрубка отвода коагулированной воды.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого изобретения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивает решение следующих функциональных задач.

Вертикальная ориентация корпуса обусловлена движением потока жидкости сверху вниз, а наличие в нем полости позволяет организовать процесс коагуляции взвешенных частиц.

Выполнение полости корпуса с поперечным сечением квадратной формы обуславливает пониженную трудоемкость изготовления устройства.

Разделение полости корпуса на смесительную камеру и камеру водоотведения, сообщенные друг с другом выше и ниже ложной перегородки, боковые кромки которой жестко прикреплены к стенкам корпуса, в сочетании с датчиками уровня, размещенными в камере водоотведения, позволяют организовать очистку плавающей загрузки за счет опорожнения корпуса.

Применение плавающей загрузки в виде кубиков из пенополистирола позволяет повысить эффективность процесса хлопьеобразования за счет разделения общего потока жидкости, в состав которой входят смешанные друг с другом очищаемая вода и химические реагенты, на множество преимущественно ламинарных струй, а также уменьшить расход химических реагентов.

Наличие у камеры водоотведения пары сообщенных друг с другом патрубков отвода коагулированной воды, один из которых размещен ниже верхней кромки ложной перегородки, позволяет эффективно отводить коагулированную воду из верхней и нижней частей корпуса.

Размещение второго патрубка, снабженного затвором, в нижней части корпуса, а также выполнение днища корпуса с уклоном в сторону указанного патрубка позволяют быстро опорожнить корпус.

Ориентация трубопровода параллельно корпусу способствует напорному и линейному подводу жидкости, а расположение выхода трубопровода в полости корпуса над верхней поперечной решеткой позволяет погасить напор вводимой жидкости.

Наличие у трубопровода последовательно и снизу вверх размещенных патрубков напорной подачи морской воды, сульфата алюминия и щелочного реагента соответственно обеспечивает интенсивное, контролируемое и поэтапное предварительное смешивание очищаемой воды с раздельно вводимыми химическими реагентами.

Численные характеристики, касающиеся соотношения ширины и высоты полости корпуса, соотношения объемов смесительной камеры и камеры водоотведения, размера и общего объема плавающей загрузки, размера ячеек поперечных решеток, диаметра трубопровода подачи очищаемой воды и расстояния между его патрубками обеспечивают высокую эффективность коагуляции взвешенных частиц.

На фиг. 1 изображен продольный разрез коагулирующей колонны.

На фиг. 2 показан поперечный разрез коагулирующей колонны.

На чертежах показаны корпус 1, смесительная камера 2, камера 3 водоотведения, ложная перегородка 4, кубики 5 из пенополистирола, поперечные решетки 6, датчики 7 уровня, верхний 8 и нижний 9 патрубки отвода коагулированной воды, трубопровод 10 с затвором 11, пробоотборником 12, расходомером 13 и патрубками напорной подачи морской воды 14, сульфата алюминия 15 и щелочного реагента 16 соответственно, трубопровод 17 отвода коагулированной воды, затвор 18 нижнего патрубка 9 отвода коагулированной воды, блок управления 19.

Также на чертежах обозначены:

а - ширина полости корпуса;

H - высота полости корпуса;

b - расстояние между ложной перегородкой и ближайшей к ней стенкой корпуса;

c - расстояния между патрубками напорной подачи морской воды, сульфата алюминия и щелочного реагента;

d - диаметр трубопровода подачи очищаемой воды.

Коагулирующая колонна содержит вертикально ориентированный корпус 1, внутренняя полость которого имеет поперечное сечение квадратной формы и соотношение ширины a и высоты H = 1:3, а днище выполнено с уклоном в сторону нижнего патрубка 9 отвода коагулированной воды.

Полость корпуса 1 разделена на смесительную камеру 2 большего объема и камеру 3 водоотведения посредством ложной перегородки 4, установленной параллельно одной из стенок корпуса 1 на расстоянии b, равном 15% от ширины a полости корпуса 1.

При этом камеры 2 и 3 сообщены друг с другом выше и ниже ложной перегородки 4, боковые кромки которой жестко прикреплены к стенкам корпуса 1.

В смесительной камере 2 размещен активатор, в качестве которого используют плавающую загрузку в виде кубиков 5 из пенополистирола с размером стороны 15 мм, общий объем которых составляет 1/3 от объема полости корпуса 1, причем плавающая загрузка ограничена сверху и снизу поперечными решетками 6 с размером ячеек 7 мм.

В камере 3 водоотведения размещены датчики 7 уровня, и она снабжена двумя патрубками отвода коагулированной воды, сообщенными друг с другом с помощью трубопровода 17, верхний 8 из которых расположен ниже верхней кромки ложной перегородки 4, а нижний 9 размещен в нижней части корпуса 1 и снабжен затвором 18.

Узел подачи вод выполнен в виде трубопровода 10 диаметром d = 6,5% от ширины a полости корпуса 1, ориентированного параллельно корпусу 1, выход которого расположен в полости корпуса 1 над верхней поперечной решеткой 6.

Трубопровод 10 снабжен последовательно и снизу вверх размещенными патрубками напорной подачи морской воды 14, сульфата алюминия 15 и щелочного реагента 16 соответственно, расстояние c между которыми составляет 40% от ширины a полости корпуса 1.

Блок управления 19 по сигналу датчиков 7 уровня открывает и закрывает затвор 18 нижнего патрубка 9 отвода коагулированной воды.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Очищаемую воду с напором 12-15 м вводят в трубопровод 10, регулируя ее подачу с помощью затвора 11 по показаниям расходомера 13.

Когда очищаемая вода поднимается до патрубка 14, по нему подают морскую воду с противодавлением 1,2-1,5 кг/см2, в результате чего происходит смешивание двух жидкостей на участке трубопровода 10 между патрубками 14 и 15.

Когда жидкость из очищаемой и морской воды достигает патрубка 15, через него вводят 10%-ный водный раствор сульфата алюминия с противодавлением 1,2-1,5 кг/см2, в результате чего происходит смешивание трех жидкостей на участке трубопровода 10 между патрубками 15 и 16.

Когда жидкость, содержащая очищаемую и морскую воду, а также сульфат алюминия, доходит до патрубка 16, по нему подают щелочной реагент, в качестве которого используют 10%-ный водный раствор щелочи, с противодавлением 1,2-1,5 кг/см2, в результате чего происходит смешивание четырех жидкостей на участке от патрубка 16 до выхода трубопровода 10.

Напорная подача очищаемой воды и химических реагентов позволяет организовать интенсивное смешивание без использования дополнительных механических устройств, а регулировать процесс смешивания можно за счет варьирования величин геометрических размеров и напора соответствующей жидкости.

Подготовленная жидкость, в состав которой входят четыре компонента, попадает в полость корпуса 1 и после гашения напора протекает через ячейки верхней поперечной решетки 6 смесительной камеры 2.

Далее общий поток жидкости при контактировании с кубиками 5 из пенополистирола разделяется на множество струй, в процессе перемешивания которых происходит образование коагулированных хлопьев, которые налипают на поверхность кубиков 5.

Коагулированная вода через ячейки нижней поперечной решетки 6 смесительной камеры 2 стекает к днищу корпуса 1, обходит нижнюю кромку ложной перегородки 4 и поступает в камеру 3 водоотведения.

В обычном режиме работы затвор 18 нижнего патрубка 9 отвода коагулированной воды закрыт, коагулированная вода поднимается в камере 3 водоотведения и выводится из корпуса 1 через верхний патрубок 8 отвода коагулированной воды.

Когда объем коагулированных хлопьев, наросший на решетках 6 и/или кубиках 5 из пенополистирола, препятствует эффективному смешиванию жидкости и/или ее прохождению через поперечные решетки 6, датчики 7 регистрируют превышение максимального уровня воды в камере 3 водоотведения и подают в блок управления 19 сигнал открыть затвор 18 нижнего патрубка 9 отвода коагулированной воды.

После открытия затвора 18 происходит резкое падение уровня жидкости в корпусе 1 и как следствие отрыв коагулированных хлопьев от поверхности кубиков 5, после чего загрязнения вместе с жидкостью выводят через нижний патрубок 9 отвода коагулированной воды.

Для аварийных ситуаций (отсутствие электроэнергии, выходе из строя датчиков 7 уровня или электрифицированного затвора 18 нижнего патрубка 9 отвода коагулированной воды) предусмотрен аварийный перелив из смесительной камеры 2 в камеру 3 водоотведения над верхней кромкой ложной перегородки 4 с дальнейшим выводом в верхний патрубок 8 отвода коагулированной воды.

В дальнейшем коагулированную воду из колонны возвращают в очистные сооружения перед первичными отстойниками, и в последних происходит совместное осаждение коагулированных хлопьев и первичного осадка.

Авторы разработали коагулирующую колонну производительностью 12 м3/ч со следующими параметрами:

ширина a полости корпуса составляет 1 м;

уклон днища корпуса в сторону нижнего патрубка отвода коагулированной воды равен 17°;

трубопровод подачи очищаемой воды выполнен в виде трубы стальной по ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент»;

плавающая загрузка изготовлена из плиты пенополистирола, выпускаемой по ГОСТ 15588-86 «Плиты пенополистирольные. Технические условия»;

поперечные решетки выполнены в виде сеток нержавеющих №7 по ГОСТ 5017-74 «Нержавеющая тканая сетка».

Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства была проведена серия испытаний в периодическом режиме, результаты первого теста, касающиеся загрязняющих веществ, приведены в таблице 1.

Для приготовления жидкости использовали:

500 мл возвратных сточных вод, содержащих аммоний NH4, фосфаты PO4 и алюминий Al;

20 мл морской воды;

10 мл 10%-ного водного раствора сульфата алюминия Al2(SO4)3;

1 мл 10%-ного водного раствора гидроксида натрия NaOH - щелочного реагента.

Период прохождения трубопровода от начала контакта сточных вод с морской водой и до выхода узла подачи очищаемой воды длился 7 минут в отличие от классических камер хлопьеобразования, где время контакта и прохождение полной реакции в среднем составляет 15 минут.

Возвратная вода до проведения коагуляции была очень мутная. Коагулированная вода была прозрачной и имела pH = 6,8.

Таблица 1
Результаты первого теста, касающиеся загрязняющих веществ
Загрязняющее вещество Содержание до реагентной обработки, мг/л Содержание после реагентной обработки, мг/л Эффект
очистки,
%
NH4 62,82 3,21 98
PO4 29,81 0,17 99
Al 1,10 0,00 100

Учитывая вышесказанное можно сделать вывод, что реагентная обработка в заявляемом устройстве позволяет значительно снизить содержание аммония, фосфатов и алюминия в течение короткого периода времени.

Заявляемое изобретение может быть использовано для реагентной обработки разных типов вод:

- иловой воды (фугата);

- промышленных и бытовых сточных вод;

- вод из поверхностных и подземных источников;

- ливневых и талых вод;

- концентратов мембранной фильтрации.

1. Коагулирующая колонна, содержащая вертикально ориентированную смесительную камеру с размещенным внутри нее активатором, над которым расположен выход узла подачи очищаемой воды, отличающаяся тем, что содержит вертикально ориентированный корпус, внутренняя полость которого имеет поперечное сечение квадратной формы и соотношение ширины и высоты 1:3, при этом полость корпуса разделена на смесительную камеру большего объема и камеру водоотведения посредством ложной перегородки, установленной параллельно одной из стенок корпуса на расстоянии, равном 15% от ширины полости корпуса, а указанные камеры сообщены друг с другом выше и ниже ложной перегородки, боковые кромки которой жестко прикреплены к стенкам корпуса, кроме того, в качестве активатора используют плавающую загрузку в виде кубиков из пенополистирола с размером стороны 15 мм, общий объем которых составляет 1/3 от объема полости корпуса, причем плавающая загрузка ограничена сверху и снизу поперечными решетками с размером ячеек 7 мм, установленными в смесительной камере, кроме того, в камере водоотведения размещены датчики уровня и она снабжена двумя сообщенными друг с другом патрубками отвода коагулированной воды, верхний из которых расположен ниже верхней кромки ложной перегородки, а другой размещен в нижней части корпуса и снабжен затвором, кроме того, узел подачи очищаемой воды выполнен в виде трубопровода диаметром 6,5% от ширины полости корпуса, ориентированного параллельно корпусу, выход которого расположен в полости корпуса над верхней поперечной решеткой, при этом указанный трубопровод снабжен последовательно и снизу вверх размещенными патрубками напорной подачи морской воды, сульфата алюминия и щелочного реагента соответственно, расстояние между которыми составляет 40% от ширины полости корпуса.

2. Коагулирующая колонна по п.1, отличающаяся тем, что днище корпуса выполнено с уклоном в сторону нижнего патрубка отвода коагулированной воды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области дозирования реагентов (коагулянты, флокулянты, дезинфектанты, растворы кислот и щелочей) и может применяться на сооружениях для очистки природных и сточных вод (отстойники, скорые фильтры, контактные осветлители и др. сооружения).

Изобретение относится к технологиям очистки воды с целью увеличения сроков ее хранения в негерметичных или часто открываемых сосудах. Способ включает антибактериальную обработку с последующим воздействием на нее газообразного аргона.

Изобретение относится к очистке поверхностных вод с помощью четырехступенчатой модульной контейнерной очистной установки. В установке за входом неочищенной воды в контейнер во входной линии установлен сетчатый сепаратор.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и водоемов и предназначено для ликвидации последствий разливов нефти в морских акваториях в процессе добычи, транспортировки или хранения нефти и нефтепродуктов. Представлен диспергент для ликвидации разливов нефти, содержащий моноолеат сорбитана - 10-15 масс.

Изобретение относится к области обезвреживания и термического уничтожения отходов классов опасности с 2 по 5, а именно к системам подачи жидких отходов в инсинераторные установки, и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической отраслях и в других сферах народного хозяйства. Система подачи жидких отходов состоит из подготовительной емкости, содержащей мешалку, циркуляционный насос, ТЭН, дыхательный клапан, датчик уровня жидкости, инспекционный люк, винтового насоса, установленного на линии подачи жидких отходов, предохранительной линии, содержащей предохранительный клапан, установленной на участке линии подачи жидких отходов после винтового насоса, абонентских фильтров, установленных на линии подачи жидких отходов между винтовым насосом и подготовительной емкостью, компрессора, блока подготовки воздуха, установленного на линии подачи воздуха, содержащего масляный сепаратор, влагоотделители и регулятор давления, двухфазной форсунки, установленной на конце линии подачи жидких отходов, регулятора давления «до себя», установленного на участке линии подачи жидких отходов перед двухфазной форсункой и подключенного к обратной линии сброса избыточного давления в подготовительную емкость, блока управления.

Изобретение относится к технологии получения и использования в производстве фотокатализаторов для разложения органических веществ и загрязнителей при очистке воды, воздуха и в других фотохимических процессах, в газовых и оптических сенсорах. Предлагаемый фотокатализатор содержит матрицу на основе аморфного диоксида кремния и равномерно распределенный в матрице активный компонент, в качестве которого фотокатализатор содержит гидроксосиликат кобальта состава Co3(Si2O5)2(OH)2.

Изобретение относится к установке для очистки городских сточных вод. Установка содержит бак (1), по меньшей мере подводящую трубу для сточных вод, подлежащих очистке, по меньшей мере рециркуляционную трубу для жидкой фазы, по меньшей мере разгрузочную трубу для очищенного эффлюента.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Компактная установка для дистилляции воды содержит систему предварительной обработки воды, компрессор фреона, колонну предварительного нагрева воды, испаритель воды, зону водяного пара в испарительной колонне, вакуумный насос, конденсатор воды первой секции, конденсатор второй секции, конденсатор воды третьей секции, конденсатор четвертой секции, комбинированный теплообменник, расширительное устройство фреона, конденсатор фреона, солнечный коллектор, поплавковый клапан, клапан водяного конденсатора первой ступени, клапан водяного конденсатора второй ступени, клапан водяного конденсатора третьей ступени, клапан отвода соленой воды, клапан водяного конденсатора четвертой ступени.

Изобретение относится к промышленной экологии и может быть использовано для обезвреживания отработанных растворов, которые являются отходами производства электрохимических и химических покрытий медью, никелем, кадмием, цинком и другими металлами и содержат в качестве основных компонентов ионы металлов и этилендиаминтетраацетат.

Изобретение относится к способу получения сорбента на основе природного углеродного материала, который может быть использован в медицине, ветеринарии, фармации, пищевой промышленности, а также для решения экологических задач благодаря его высокой сорбционной активности по отношению к ионам тяжелых металлов.

Изобретение относится к области очистки природных и сточных вод и может применяться на сооружениях для очистки природных и сточных вод. В способе коагуляции загрязнений природных и сточных вод в камере хлопьеобразования 1 вращают мешалку 2 с помощью мотор-редуктора 3.
Наверх