УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД

Предложение относится к очистке природных и сточных вод, а также жидких техногенных отходов (Ж О) электрообработкой с применением коагулянтов, вырабатываемых в процессе очистки самой установкой.
Известна установка для очистки природных и сточных вод, содержащая размещенные в корпусе ярусами сверху вниз и разделенные перегородками с соединяющими отверстиями камеры смешения и хлопьеобразования и тонкослойный отстойник с камерой осветленной воды и осадочной частью. Для смыва осадка с пластин отстойника в камере осветленной воды расположен трубопровод с форсунками, соединенный с патрубками подачи технической воды (а.с. №1667214, БИ №23 1991).
Всплывающее вещество по пластинам отстойника направляется вверх и собирается на поверхности воды в лотке. В камере хлопьеобразования установлены: делитель потока и патрубок отвода воздуха. Полученный в отстойнике осадок сползает вниз по пластинам и попадает в осадочную часть, откуда постоянно и периодически удаляется по трубопроводу. В камеру смешения вводят коагулянт и флокулянт.
Недостаток этой известной установки состоит в сложности конструкции и значительной металлоемкости, что обусловлено наличием перегородок камер, пластин отстойника, промывочного для устройства с приводом отстойника, а также необходимости большого запаса вводимых постоянно коагулянта и флокулянтов, что, в свою очередь, требует значительных затрат на их изготовление, транспортирование и хранение.
Наиболее близка к предлагаемому техническому решению известная установка по а.с. №865827, выполненная в виде электрокоагулятора, включающая корпус, коаксиально расположенные электроды в виде усеченных конусов, меньшее основание которых является днищем, патрубки ввода и вывода воды. При этом в центре днища каждого электрода, кроме верхнего, выполнено отверстие, в боковой части электродов также выполнены отверстия, оси которых образуют углы с вертикальной осью установки, к верхнему электроду прикреплена обечайка, заполненная диэлектрической насадкой, а патрубок вывода воды заглублен в насадку. Насадка покрыта сверху сеткой для предотвращения вымывания, например, из капроновых волокон. К днищу корпуса соосно электродам присоединен патрубок подвода воды для обработки.
Данная известная установка работает следующим образом. Обрабатываемая вода через нижний патрубок поступает в центральный водораспределительный канал, образованный отверстиями электродов и распределяется равномерно в межэлектродных промежутках, образующих, по существу, камеру смешения и хлопьеобразования» При подаче напряжения на крайние (верхний и нижний) электроды происходит поляризация промежуточных электродов и электролитическое растворение материала анода (сталь и алюминий) с образованием нерастворимых гидратов окислов металлов. Одновременно в зазорах между электродами образуется однородное электрическое поле, воздействующее на дисперсную фазу воды.
Интенсивность хлопьеобразования (коагулянта) зависит от времени пребывания
воды в электрическом поле, его мощности, гидродинамического режима и степени перемешивания воды.
Поток воды из межэлектродных зазоров через сквозные вырезы тангенциально поступает в соседние, аналогичные зазоры, интенсивно закручиваясь и перемешиваясь относительно оси корпуса» При этом происходит быстрое отделение и вынос газа, образовавшегося на катоде, и интенсивнее идет коагуляция.
Из электродной камеры поток, огибая снизу сплошной верхний электрод и обечайку по кольцевому пространству, поднимается до камеры газоотделения, переливается через сетку внутрь обечайки в насадку, в которой остаются образовавшиеся хлопья, и поступает в значительной мере очищенным в выводной патрубок, погруженный в насадку.
Таким образом, в этом известном техническом решении имеется корпус, в корпусе - катод и анод, камера перемешивания, образованная из межэлектродных промежутков с устройством перемешивания, газоотделения, хлопьеобразования и осаждения, содержащая насадку; полость газонакопления - над сеткой и насадкой и полость для осветленной (очищенной) воды - нижняя часть патрубка, погруженного в насадку; устройство перемешивания воды. Последнее выполнено в виде отверстий в стенках электродов, оси которых (отверстий) выполнены под углом к вертикальной оси центрального канала.
Эта известная установка также имеет недостатки:
- сложную конструкцию, что обусловлено выполнением электродов в форме конусов с отверстиями и их размещением внутри корпуса коаксиально и в определенном порядке снизу вверх;
- неудобство замены и очистки насадки от осадков, т.к. последняя размещена в обечайке, связанной с верхним электродом, а в нее погружен патрубок;
- неполное воздействие электрообработки на объем движущегося потока, значительная часть которого проходит по центральному водораспределительному каналу без захода в межэлектродные камеры, т.к. обрабатываемая вода в электрокоагуляторе по существу перемещается по двум линиям движения, первая из которых представлена прямолинейным центральным водораспределительным каналом с большим проходным сечением, вторая линия имеет значительную кривизну, включает межэлектродные камеры и сквозные вырезы, формирующие проходное сечение второй линии, значительно меньшие, чем в первой линии, а с учетом сильно искривленной траектории движения и тангенциального перетока воды гидравлические сопротивления второй линии выше, чем у первой, т.е. значительная часть потока воды в электрокоагуляторе не поступает в межэлектродные камеры (где и осуществляется электровоздействие на исходную воду) и, таким образом, не обеспечивается полное воздействие электрообработки на очистку воды;
- ненадежность работы электрической схемы электрокоагулятора, связанная с тем, что в рассматриваемой схеме установки (электрокоагулятора) подача напряжения производится на крайние электроды. Для того, чтобы происходило растворение материала электродов и осуществлялись процессы электрохимической и поляризационной коагуляции необходим электролиз, который возможен только при прохождении электрического тока через объем жидкости, находящейся между электродами, т.е. в замкнутом контуре. Замыкание и прохождение тока в контуре зависит от потенциала на электродах и сопротивления материала межэлектродного заполнения. Учитывая большое расстояние между электродами, на которые подается потенциал и заполнение межэлектродного пространства проводящей средой (загрязненная вода), скорее являющейся диэлектриком, осуществление
электролиза сомнительно или для этого необходимо подать значительный потенциал на электроды, что сделает конструкцию электроопасной. Если же процесс электролиза и будет происходить при безопасном напряжении на электродах, то ток будет настолько мал, что процесс электролиза будет вялотекущим, т.к. количество вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорционально количеству электричества (закон Фарадея), прошедшего через жидкость. Последнее приведет к ничтожном малому количеству вырабатываемого коагулянта. Работа промежуточных электродов возможна только при их поляризации, которая может произойти при достаточно сильном электромагнитном поле крайних электродов и последующей электромагнитной индукции промежуточных электродов. Но так как каждый промежуточный электрод является экраном для другого промежуточного электрода, то появление электромагнитной индукции затруднительно, к тому же, если даже предположить, что поляризация произойдет, то влияние одного электромагнитного поля на другое будет сопровождаться появлением вредных токов Фуко. Указанные факторы работают на ослабление электролиза и уменьшают вероятность выработки достаточного количества коагулянта, а следовательно и снижается качество очистки воды;
- отсутствует зона ламинарного движения потока жидкости (после электрообработки) для обеспечения созревания коагулянта и его укрупнения с целью повышения качества очистки воды;
- происходит разрушение вырабатываемого коагулянта из-за высокой скорости турбулентного потока и превращения коагулянта в более диспергированное состояние, что затрудняет его качественное удаление из очищаемой воды;
- частички коагулянта несут приобретенный электрический заряд, который отрицательно влияет на качество очищаемой воды;
- быстрое удаление газа из воды, вследствие высокой турбулентности и скорости потока, снижает степень окисления примесей в воде или же требует значительного повышения потенциала на электродах, что приведет к увеличению расхода электроэнергии и повышению злектроопасности конструкции;
- неполное использование материала электрода для выработки коагулянта в связи с растворением только анодного (анодных) электрода(ов);
- незначительный объем зоны хлопьеобразования, ограниченный межэлектродными зазорами и промежутками между волокнами насадки;
- недостаточный объем (количество) коагулянта для его использования при очистке исходной воды, обусловленный малым объемом зоны хлопьеобразования в межэлектродных зазорах и между волокнами насадки;
Цель изобретения состоит в повышении качества очистки природных и сточных вод, а также ЖРО, в снижении удельного расхода коагулянта и электроэнергии, а также в упрощении конструкции установки.
Поставленная цель достигается тем, что в установке очистки воды, включающей: корпус с конусным дном и крышкой, камеру перемешивания с устройством перемешивания, камеру хлопьеобразования, созревания и осаждения осветленной воды и газоотделения, несплошную диэлектрическую насадку, покрытую с двух сторон удерживающей электропроводной сеткой, патрубки подвода воды на обработку и отвода осветленной воды и газа, токопровод к электродам и растворяемые электроды, вынесенные из корпуса и заключенные в самостоятельный диэлектрический кожух, образующий отдельную камеру выработки коагулянта и соединененную с корпусом Г-образным патрубком. Камеры перемешивания, хлопьеобразования, созревания, осаждения выполнены в виде открытых между собой зон над конусным дном, при этом устройство перемешивания выполнено в виде наклонной поверхности дна корпуса и нижнего
колена Г-образного патрубка подвода обработанной воды из диэлектрического кожуха электродов, установленного под углом к наклонной поверхности (дно корпуса) с обеспечением тороидального вихревого потока, образующегося в результате взаимодействия выходящей из колена струи и наклонной поверхности дна. Камеры осветленной воды и газоотделения совмещены в одну зону над насадкой под конусной крышкой и выводные патрубки осветленной воды и газа совмещены в один вертикальный патрубок с боковым отводом для осветленной воды.
Кроме того, в установку введен фильтр первичной очистки, выполненный в виде слоя несплошной диэлектрической насадки с двухсторонней электропроводной сеткой для снятия электрического потенциала с выработанного коагулянта, удерживаемого флотацией в зоне нижней электропроводной сетки. Таким образом, вынесение электродов из корпуса в отдельных кожух позволяет применять простые по форме электроды, например, в форме стержней, полос и т.п. с удобством их монтажа при чередовании анодов и катодов, с возможностью изменения их полюсности в процессе работы. Все это упрощает конструкцию с повышением ее надежности и позволяет более полно использовать материал электродов, а также освобождает в корпусе объем для более полного перемешивания, созревания коагулянта и хлопьобразования. Кроме того, использование нижнего колена Г-образного патрубка с наклоном к вертикальной оси и с выводным отверстием над наклонной поверхностью дна для перемешивания воды и прокачивания ее по корпусу снизу вверху обеспечивает осаждение хлопьев коагулянта на нижней поверхности насадки в виде несплошного фильтрующего слоя из хлопьев, что повышает качество обработанной воды.
В целом, техническое решение обладает новизной и может быть промышленно реализовано, то есть соответствует критерию "изобретение".
Предлагаемая установка схематично показана на рис.1-4:
на рис.I показана установки в продольном разрезе, общий вид;
на рис.2 показан патрубок ввода воды от электродного блока в блок коагуляции, вид;
на рис.3 показана схема образования завихрения выходящего потока из патрубка на рис.2, вид сбоку;
на рис.4 - то же, вид сверху
Установка включает блок коагуляции I и электродный блок 2, соединенные Г-образным патрубком 4, совмещенным с патрубком 23 выхода воды из электродного блока 2.
Блок коагуляции I представляет собой круглую емкость, включающую корпус 5, конусное дно 6, крышку 7, камеру перемешивания 8, камеру хлопьеобразования и созревания 9, осаждения 10, осветленной воды и газоотделения II, несплошную диэлектрическую насадку 12, покрытую с 2-х сторон удерживающей электропроводной сеткой 13, патрубок 15 отвода осветленной воды, патрубок 14 отвода газа с клапаном 16, патрубок 17 слива отработанного коагулянта с клапаном 18.
Электродный блок 2 включает диэлектрический кожух 19, образующий камеру 20, внутри которой размещен пакет электродов 3 (например, в форме пластин), к которым подсоединен токопровод для подачи постоянного тока с переменной полярностью (изменение полюсности). В диэлектрическом кожухе 19 размещен патрубок подвода и патрубок 23 выхода воды.
Исходная вода подается через патрубок 22 в кожух 19 в камеру 20 размещения электродов 3, где под действием электрического потенциала (приложенного к электродам 3 через токопровод 21) одновременно происходят процессы поляризационной, электрохимической, электролитической коагуляции с выработкой высокоактивных коагулянтов путем анодного растворения материалов
электродов 3 (согласно закону Фарадея). Ионы растворенных электродов 3 вступают в химические реакции, в результате которых образуются гидроокиси алюминия и железа, являющиеся активными коагулянтами; одновременно с процессом растворения анодов идет процесс электролиза с выделением пузырьков газа, которые участвуют в процессе флотации; одновременно выделяемый газ способствует усилению процессов окисления примесей, находящихся в воде, превращая растворенные примеси в осадок; одновременно из хлоридов, находящихся в воде, образуются активные гипохлориды (обеззараживающие агенты), обеспечивающие затормаживание биохимических процессов внутри микроорганизмов с последующим разрушением их энергосистем, приводящий к уничтожению микроорганизмов.
Вода, обогащенная ионами растворимых материалов электродов 3 и пузырьками электролизного газа, поступает в блок коагуляции 1, в камеру перемешивания 8 через патрубок 23, колено 24, отверстие 25, расположенное непосредственно над наклонной поверхностью конусного дна 6 так, что падающий поток 26 с учетом его наклона относительно оси 27 на угол альфа и его отражения от конусной поверхности дна б образует тороидальный вихревой поток 28, что обеспечивает качественное перемешивание и распределение коагулянта и газа равномерно по всему объему жидкости.
Далее, вода из камеры перемешивания 8 восходящим потоком поступает в камеру 9 хлопьобразования и созревания, при этом ионы материалов растворенных электродов 3 образуют гидроксиды, мицелы которых начинают слипаться, образуя хлопья коагулянта, связывающие молекулярно-растворенные вещества, дисперсные примеси, коллоидные взвеси, а также тела микроорганизмов, находящихся в воде.
В процессе движения воды в емкости блока коагуляции 1 хлопья коагулянта увеличиваются в размере (созревают) и поступают в камеру осаждения 10 под воздействием восходящего потока жидкости и пузырьков газа (флотация). Крупные частицы коагулянта на контакте с нижней электропроводной сеткой 13 задерживаются и образуют дополнительный фильтровальный слой, улучшающий фильтрование и обеспечивающий дополнительное связывание растворенных примесей в воде.
Вода, освобожденная от крупных частиц коагулянта в камере осаждения 10, далее поступает в несплошную диэлектрическую насадку 12, в объеме которой задерживается оставшаяся фракция коагулянта (за счет осаждения на разветвленной поверхности насадки), который вместе с материалом насадки образует второй фильтровальный слой, способствующий дальнейшей очистке воды.
Далее обработанная вода, освобожденная от основной массы коагулянта в зоне осаждения 10 и внутри объема насадки 12, вместе с пузырьками газа поступает в камеру II осветленной воды и газоотделения, откуда газ отводится через патрубок 14 и клапан 16, а осветленная вода через патрубок 15 отводится, например, на систему фильтров тонкой очистки. Верхняя и нижняя электропроводные сетки 13 выполняют роль проводника для снятия потенциала мицелл водного потока, заряженного в электродном блоке 2. Снятие потенциала необходимо для нейтрализации полярности заряженных частиц.
В процессе работы установки в конусной части дна 6 накапливается отработанный коагулянт из зоны осаждения 10, который периодически удаляется (без прекращения эксплуатации) через патрубок 17 слива отработанного коагулянта с клапаном 18, после чего производят закрытие клапана 16 отвода газа и через патрубок отвода осветленной воды 15 противотоком промывают систему. После промывки установка готова к работе. Камера осаждения 10 и насадка 12 выполняются съемными для обеспечения возможности периодической их замены
из ЗИПа по мере накопления не смытых противотоком воды хлопьев коагулянта.
Установка компактна, имеет минимальные размеры, проста в изготовлении и удобна в эксплуатации.
Преимущества предлагаемой установки по сравнению с известными заключаются:
- в раздельной многоступенчатости процессов очистки, обеспечивающих ее качество в одном корпусе;
- в полном использовании материалов электродов за счет периодической переполюсовки анода на катод и катода на анод;
- в повышении качества очистки созданием необходимой плотности тока на поверхности каждого электрода за счет подачи напряжения на каждую пару электродов;
- в экономии электроэнергии за счет подачи напряжения на каждую пару электродов безопасного по величине напряжения;
- в электробезопасности эксплуатации установки, обеспечиваемой расположением электродов в электродном блоке и подачей на электроды постоянного напряжения;
- в более полном использовании свойств выработанного коагулянта для связывания растворенных примесей в воде за счет накопления коагулянта в зоне осаждения 10;
- в дополнительном использовании коагулянта в качестве фильтрующего материала в зоне осаждения 10;
- в создании условий для качественного перемешивания и созревания коагулянта путем выноса растворяемых электродов в отдельный электродный блок, что увеличивает рабочий объем и обеспечивает необходимую продолжительность процессов очистки;
- в создании механизма перемешивания обработанной воды после электродного блока за счет введения Г-образного патрубка 4 в сочетании с конструкцией конусного дна 6;
- в постоянном удалении отработанного коагулянта в процессе работы из блока коагуляции и его сборе в конусной части дна 6 с последующим удалением сбросом через патрубок 17 слива отработанного коагулянта и клапан 18 без остановки процессов обработки и очистки воды;
- в возможности продления ресурса установки за счет периодической замены камеры осаждения 10 и насадки 12 и повторного их использования после очистки.