СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
METHOD AND DEVICE FOR WATER TREATMENT

Настоящее изобретение относится к обработке (очистке) воды.
При обработке воды, прежде всего для получения питьевой воды и очистки городских или промышленных сточных вод от загрязнений, часто используется способ, состоящий из коагуляции воды, содержащей загрязнения, которая должна быть обработана, с помощью коагулянта, в качестве которого часто используется соль трехвалентного металла, флокуляции коагулированной воды с помощью флокулянта, в качестве которого обычно используется органический полимер, и осаждении образовавшихся хлопьев в резервуаре-отстойнике, причем осадки частично удаляют из нижней части резервуара-отстойника, и обработанная вода выводится из его верхней части.
Такая технология дает возможность удалить из обрабатываемой воды растворенные или взвешенные коллоидальные загрязнения, состоящие из органических материалов, микрозагрязнений и микроорганизмов.
Более конкретно изобретение относится к технологиям, которые можно обозначить как "флокуляция + осаждение с использованием утяжеленных хлопьев", в которых утяжеление обеспечивается плотным тонкодисперсным гранулированным материалом, таким как микропесок, который подается в зону флокуляции для увеличения скорости образования хлопьев и является стимулятором процесса флокуляции, а также повышает, за счет увеличения плотности, скорость осаждения хлопьев, образовавшихся на стадии флокуляции, в результате чего обеспечивается возможность уменьшения размеров частей установки.
При практической реализации коагулированная вода вступает во взаимодействие в реакторе с флокулянтом, таким как полимер, и балластом при интенсивном перемешивании. Время взаимодействия воды с флокулянтом и балластом должно быть достаточным для обеспечения образования и увеличения размеров хлопьев, состоящих из частиц загрязнений, агрегированных с помощью флокулянта вокруг частиц материала балласта.
Микропесок со средним диаметром частиц от 20 мкм до 400 мкм и обычно от 80 мкм до 300 мкм - это балластный материал, который часто используется по соображениям доступности и стоимости.
Технология флокуляция + осаждение с утяжеленными хлопьями описана, в частности, в следующих патентах:
- патентная заявка FR-A-2627704, опубликованная 1 сентября 1989 г.;
- патентная заявка FR-A-2719234, опубликованная 3 ноября 1995 г.
В такой технологии балластный материал обычно отделяют от осадка, извлеченного из отстойника, так, чтобы его можно было рециркулировать и использовать повторно в технологическом процессе.
При рециркуляции небольшая часть балласта уходит в отходы вместе с осадками. Поэтому для восполнения потери балласта необходимо периодически добавлять новый балластный материал.
Важной задачей является контроль потерь балластного материала вместе с осадками для минимизации затрат пополнение балласта. Кроме того, чрезмерная рециркуляция может приводить к ухудшению качества отделяемого осадка, то есть отделяемый осадок может быть чрезмерно разжиженным, с соответствующими "потерями воды".
Для минимизации этих потерь отделение балласта от осадка для целей его рециркуляции в технологическом процессе, как правило, осуществляют путем разделения смеси осадка с балластом в гидроциклоне.
Однако вероятность нарушения работы гидроциклона быстро растет при превышении содержания сухого вещества в продукте, выходящем из нижнего слива, некоторого максимального значения (обычно порядка 40 объемн.%).
Наконец, могут иметь место значительные потери балласта, когда нижний слив гидроциклона забивается, и в результате балласт уходит вместе с продуктом, выходящим из верхнего слива.
Для решения указанных проблем в известном техническом решении, описанном в патентной заявке WO-A-03053862, опубликованной 3 июля 2003 г., предлагается извлечение смеси осадка с балластом из нижней части резервуара-отстойника с помощью насоса и направление ее в промежуточную зону перемешивания, отделение смеси осадка и балласта, находящейся в этой промежуточной зоне перемешивания, с последующим разделением осадка и балласта в гидроциклоне, и рециркуляция части осадка путем регулирования интенсивности рециркуляции.
Однако осуществление такой технологии быстро приводит к ухудшению качества обработанной воды, если необходимо выполнять стадию разделения балласта и осадка при таких условиях, которые обеспечивают рециркуляцию в зону флокуляции балласта максимально возможной чистоты. В этом случае подача дополнительного твердого вещества будет неизбежно ухудшать качество обработанной воды.
В любом случае такой способ, описанный в заявке WO-A-03053862, а также способы, описанные в заявках FR-A-2627704 и FR-A-2719234, не позволяют осуществлять оптимизацию количества балласта в соответствии с количеством материала, который должен быть удален из обрабатываемой воды с помощью флокуляции. Такая оптимизация давала бы возможность одновременно:
осуществлять флокуляцию загрязнений, которые должны быть отделены,
минимизировать потери балласта,
снизить потери воды,
получить после обработки воду высокого качества,
без существенного увеличения затрат энергии, необходимой для формирования хлопьев и рециркуляции осадка.
Целью настоящего изобретения является разработка технологии, дающей возможность приблизиться к такой оптимизации или достичь ее.
Для достижения указанной цели в изобретении предлагается способ обработки воды, содержащей растворенные или взвешенные коллоидальные загрязнения, в установке, в которой осуществляются следующие стадии:
- осуществление взаимодействия воды в зоне флокуляции по меньшей мере с одним балластом, состоящим по меньшей мере из одного нерастворимого гранулированного материала, который тяжелее воды, и по меньшей с одним флокулянтом для обеспечения формирования хлопьев;
- подача смеси воды с хлопьями, сформированными на предыдущей стадии, в зону осаждения;
- отделение обработанной воды в верхней части зоны осаждения от смеси осадка и балласта в нижней части зоны осаждения и направление этой смеси в промежуточную зону перемешивания;
- извлечение смеси осадка и балласта, находящейся в промежуточной зоне перемешивания, и гидроциклонное отделение осадка от балласта;
- рециркуляция продукта, выходящего из нижнего слива на стадии гидроциклонного отделения, в зону флокуляции;
- извлечение части осадка из продукта, поступающего из верхнего слива на стадии гидроциклонного отделения, и рециркуляция остальной части осадка в промежуточную зону перемешивания;
отличающийся тем, что он содержит:
- непрерывное измерение по меньшей мере одного параметра, характеризующего концентрацию загрязнений в воде, до ее поступления или при поступлении в зону флокуляции;
- использование результатов указанного измерения таким образом, чтобы непрерывно определять количество балласта, которое необходимо вводить для получения обработанной воды заданного качества.
Такой способ позволяет в любой момент времени знать, какое количество балласта необходимо, в зависимости от содержания загрязняющих веществ, для обеспечения флокуляции всех загрязнений, что позволяет минимизировать потери балласта.
Предлагаемый в изобретении способ предпочтительно содержит:
- непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, извлеченной из зоны осаждения, или в смеси, находящейся в зоне флокуляции;
- определение по результатам непрерывного измерения концентрации смеси, извлеченной из зоны осаждения, концентрации балласта, фактически находящегося в установке;
- пополнение зоны флокуляции балластом, когда концентрация балласта, фактически находящегося в установке, становится ниже заданного предельного значения.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения пополнение зоны флокуляции балластом, когда концентрация балласта, фактически находящегося в установке, становится ниже заданного предельного значения, выполняется в автоматическом режиме.
Способ предпочтительно содержит также использование результатов измерений по меньшей мере одного параметра, характеризующего концентрацию загрязнений в воде, таким образом, чтобы определять количество флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции для получения обработанной воды заданного качества.
В соответствии с одним вариантов осуществления изобретения способ содержит также предварительную непрерывную подачу в воду, до ее поступления в зону флокуляции, по меньшей мере одного коагулянта в соответствии с заданным количеством и, в зависимости от ситуации, по меньшей мере одного реагента, предназначенного для регулирования уровня рН в соответствии с заданной величиной. Эта стадия подачи коагулянта и регулирования уровня рН в общем случае очень важна. Однако имеются некоторые случаи, в которых эта стадия несущественна, в особенности, когда вода, подлежащая обработке, содержит очень мало органического материала.
В качестве параметра, характеризующего концентрацию загрязнений в воде, в предлагаемом способе предпочтительно используется концентрация (X) всех твердых материалов, взвешенных в воде, которая вычисляется с учетом всех нижеуказанных характеристик или некоторых из них:
- концентрации в воде взвешенных твердых частиц,
- концентрации в воде органических материалов,
- концентрации микроорганизмов в исходной воде,
- концентрации в микрозагрязнений в исходной воде,
- заданного количества коагулянта,
- заданного количества реагента, предназначенного для регулирования уровня рН.
b
В соответствии с другим вариантом предлагаемого в изобретении способа количество балласта, которое должно находиться во взвешенном состоянии во флокуляционном резервуаре для получения обработанной воды заданного качества, определяется по концентрации Y балласта, необходимого для обеспечения концентрации Х всех твердых материалов, взвешенных в воде, вычисляемой по формуле: Y=аХ+с (где значение а находится в диапазоне 0,4-1, b находится в диапазоне 0,3-1 и с находится в диапазоне 0-2) и в соответствии с примерным объемом воды, находящейся в установке.
Предлагаемый в изобретении способ предпочтительно содержит также непрерывное регулирование количества флокулянта, подаваемого в зону флокуляции, в зависимости от концентрации балласта, который должен подаваться для получения обработанной воды заданного качества.
Указанную стадию извлечения смеси осадка и балласта из нижней части зоны осаждения и направления ее в промежуточную зону перемешивания предпочтительно осуществляют с использованием по меньшей мере одного шнека. Такой шнек обеспечивает гораздо более равномерную подачу смеси осадка и балласта, выходящей из нижней части резервуара-отстойника, в промежуточную зону, которую невозможно получить с использованием обычного трубопровода с насосом.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения способ содержит регулирование интенсивности подачи осадка, поступающего из верхнего слива при гидроциклонном разделении и рециркулируемого в промежуточную зону перемешивания, таким образом, чтобы поддерживать заданный уровень осадка и балласта в промежуточной зоне перемешивания.
В этом случае способ предпочтительно содержит также хранение осадка, поступающего из верхнего слива при гидроциклонном разделении, в резервуаре, снабженном переливной трубой, измерение уровня смеси осадка и балласта в промежуточной зоне перемешивания и подачу по меньшей мере части содержимого указанного резервуара в промежуточную зону перемешивания, когда измеренный уровень опускается ниже заданного предельного значения.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения гидроциклонное разделение смеси осадка и балласта, поступающей из зоны осаждения, осуществляют с использованием подачи дополнительной жидкости, направляемой тангенциально относительно осадка.
При этом дополнительная жидкость подается в количестве, соответствующем от 5% до 100% и обычно от 5% до 20% от объема смеси осадка и балласта, поступающей на гидроциклонное разделение.
Использование такой дополнительной жидкости обеспечивает получение более чистого балласта в нижнем сливе гидроциклона, по существу не содержащего загрязнений, окружающих его частицы, когда они поступают в гидроциклон.
В соответствии с другим вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа осуществление взаимодействия воды в зоне флокуляции по меньшей мере с одним балластом, состоящим по меньшей мере из одного нерастворимого гранулированного материала, который тяжелее воды, и по меньшей с одним флокулянтом для обеспечения формирования хлопьев, содержит:
- формирование в зоне флокуляции, с помощью полностью погруженной направляющей конструкции, внутренней зоны, в которой с помощью перемешивания создают турбулентный осевой поток смеси воды, подлежащей обработке, балласта и флокулянта в продольном направлении указанной направляющей конструкции,
- подачу флокулянта с использованием гидравлического устройства распределения осевого потока,
- распределение потока с помощью неподвижного устройства, противодействующего вращению потока и расположенного на выходе направляющей конструкции;
- обеспечение циркуляции смеси в периферийной зоне, окружающей направляющую конструкцию, в противоположном направлении до входа во внутреннюю зону; и
- перемещение смеси в зону осаждения.
Использование перемешивающего устройства, установленного во внутренней зоне, сформированной направляющей конструкцией, обеспечивает интенсивное перемешивание балласта с флокулянтом и взвешенными твердыми материалами, участвующими в формировании хлопьев в периферийной зоне. Разделение зоны флокуляции на внутреннюю и периферийную зоны позволяет предотвращать механическое разрушение хлопьев перемешивающим устройством, от которого хлопья защищены направляющей конструкцией.
Способ предпочтительно содержит также преобразование потока, выходящего из направляющей конструкции, в осевой поток с использованием неподвижного устройства распределения потока. Это устройство может быть отделено от направляющей конструкции, например прикреплено к основанию зоны флокуляции. Однако в предпочтительном варианте неподвижное устройство распределения потока установлено внутри направляющей конструкции.
Описанный способ дает возможность обеспечить время взаимодействия между водой, подлежащей обработке, флокулянтом и балластом в зоне флокуляции, составляющее от одной до нескольких минут.
В качестве балласта предпочтительно используется микропесок со средним диаметром частиц от примерно 20 мкм до примерно 400 мкм.
В соответствии с другим вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа в зону флокуляции или перед зоной флокуляции по ходу потока вводят гранулированный материал, обладающий адсорбционными свойствами, например порошок активированного угля, или гранулированный материал, обладающий свойствами ионного или молекулярного обмена, например смолу, чтобы обеспечить достаточное время взаимодействия такого материала с водой, подлежащей обработке.
Этот материал, в тех случаях, когда это подходит, является балластом или вторым балластом.
Стадию осаждения предпочтительно осуществляют в полочном отстойнике.
Изобретение также относится к любой установке, в которой осуществляется такой способ и которая содержит:
- по меньшей мере один флокуляционный резервуар, снабженный по меньшей мере одной мешалкой;
- трубопровод, по которому вода, подлежащая обработке, подается во флокуляционный резервуар;
- резервуар-отстойник, снабженный в верхней части выходным каналом для обработанной воды;
- трубопровод, соединяющий нижнюю часть резервуара-отстойника с промежуточным резервуаром, снабженным по меньшей мере одной мешалкой;
- трубопровод, соединяющий промежуточный резервуар с гидроциклоном;
- трубопровод для рециркуляции некоторой части продукта, выходящего из верхнего слива гидроциклона, в промежуточный резервуар;
отличающаяся тем, что она содержит:
по меньшей мере один первый датчик, предназначенный для непрерывного измерения по меньшей мере одного параметра, характеризующего концентрацию загрязнений в воде, поступающей в установку;
вычислительное устройство, обеспечивающее непрерывное определение по измерениям, сделанным первым датчиком, количества балласта, который необходимо ввести для получения обработанной воды заданного качества.
Такая установка предпочтительно содержит по меньшей мере один второй датчик, который установлен во флокуляционном резервуаре, или в промежуточном резервуаре, или в трубопроводе, соединяющем промежуточный резервуар с гидроциклоном, и может осуществлять непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, проходящей через указанные резервуары или через трубопровод, и вычислительное устройство может осуществлять непрерывное определение, по измерениям, сделанным вторым датчиком, количества балласта, фактически находящегося в установке.
Такая установка предпочтительно содержит автоматическое устройство пополнения балласта.
Вычислительное устройство предпочтительно устроено таким образом, чтобы оно обеспечивало непрерывное определение по измерениям, сделанным первым датчиком, количества балласта и флокулянта, которые необходимо ввести для получения обработанной воды заданного качества.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения установка также содержит автоматическое устройство дозированной подачи флокулянта, соединенное с вычислительным устройством.
В качестве указанного первого датчика предпочтительно используется датчик, измеряющий концентрацию в исходной воде взвешенных твердых частиц и/или концентрацию в исходной воде органического материала, например концентрацию общего количества органического углерода.
В соответствии с другим вариантом установка содержит по меньшей мере один датчик, предназначенный для непрерывного измерения качества обработанной воды. В других вариантах измерения могут выполняться лишь время от времени и вручную, в зависимости от ситуации.
Указанный трубопровод, по которому вода подается во флокуляционный резервуар, предпочтительно снабжается по меньшей мере одним неподвижным смесителем для перемешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом.
Вышеуказанный выходной канал обработанной воды из резервуара-отстойника предпочтительно содержит по меньшей один водослив или перфорированную трубу.
Резервуар-отстойник предпочтительно снабжен на входе сифонной перегородкой.
Кроме того, резервуар-отстойник снабжен на входе разделительной конструкцией. Эта конструкция содержит по меньшей мере две первые пластины, которые параллельны друг другу и установлены с каждой стороны подводного водослива, устроенного между флокуляционным резервуаром и резервуаром-отстойником, и вторые пластины, установленные параллельно друг другу между первыми пластинами, перекрывая указанный водослив, причем вторые пластины формируют вместе с первыми пластинами одинаковое количество каналов для потока между флокуляционным резервуаром и резервуаром-отстойником.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов трубопровод, соединяющий нижнюю часть резервуара-отстойника с промежуточным резервуаром, снабжен шнеком.
В соответствии с другим вариантом установка содержит также резервуар, снабженный переливной трубой и установленный на трубопроводе, для рециркуляции части продукта, выходящего из верхнего слива гидроциклона, в промежуточный резервуар и предпочтительно клапан, установленный на трубопроводе, предназначенном для рециркуляции части продукта, выходящего из верхнего слива гидроциклона, в промежуточный резервуар, причем клапан установлен по ходу потока после резервуара.
Также предпочтительно установка содержит датчик, предназначенный для измерения уровня смеси осадка и балласта, находящейся в промежуточном резервуаре.
В соответствии с другим вариантом гидроциклон, используемый в установке, имеет цилиндрическую часть, снабженную по меньшей мере одним устройством тангенциальной подачи смеси осадка и балласта, подлежащей обработке, коническую часть и камеру на выходе конической части для подачи дополнительной жидкости, причем камера содержит устройство тангенциальной подачи дополнительной жидкости.
В соответствии с другим вариантом предлагаемая в изобретении установка содержит по меньшей мере одно дозирующее устройство подачи во флокуляционный резервуар материала, обладающего адсорбционными свойствами или свойствами ионного или молекулярного обмена.
В одном из предпочтительных вариантов в качестве резервуара-отстойника используется полочный резервуар-отстойник с вертикальными лопастями.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов флокуляционный резервуар содержит направляющую конструкцию, которая открыта на обоих концах и расположена на некотором расстоянии от основания флокуляционного резервуара, в результате чего формируется центральная зона, в которой установлена мешалка, и периферийная зона, и неподвижное устройство распределения потока, выходящего из направляющей конструкции. В качестве направляющей конструкции предпочтительно используется труба круглого сечения, установленная вертикально на некотором расстоянии от основания флокуляционного резервуара.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов такое неподвижное устройство распределения потока встроено в нижнюю часть конструкции направления потока и предпочтительно расположено по меньшей мере на 200 мм ниже мешалки. Такое устройство предпочтительно состоит по меньшей мере из одной пластины, имеющей высоту Н и проходящей по диаметру трубы, в результате чего формируются по меньшей мере два отделения. Указанные отделения, сформированные по меньшей мере одной пластиной, имеют поверхности, площади которых практически равны, и расчетная ширина В каждого отделения выбирается таким образом, чтобы отношение Н/В между высотой Н по меньшей мере одной пластины и расчетной шириной В находилось в диапазоне от примерно 1 до примерно 2, и обычно оно составляет примерно 1,5.
С изобретением, а также с его достоинствами можно более полно ознакомиться в нижеприведенном подробном описании двух предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на фигуры, на которых показано:
- фигура 1 - схематический вид сечения первого варианта конструкции установки в соответствии с настоящим изобретением;
- фигура 2 - вид сверху в перспективе устройства распределения потока на выходе направляющей трубы установки, вид которой представлен на фигуре 1;
- фигура 3 - частичный вид снизу в перспективе разделительной конструкции, установленной на подводном проходе между флокуляционным и отстойным резервуарами установки, схематический вид которой представлен на фигуре 1;
- фигура 4 - вид продольного сечения гидроциклона рассматриваемой установки;
- фигура 5 - схематический вид сечения второго варианта конструкции установки в соответствии с настоящим изобретением;
- фигура 6 - вид продольного сечения направляющей трубы со встроенным распределителем потока установки, схематический вид которой представлен на фигуре 5;
- фигура 7 - вид поперечного сечения по линии АА' распределителя потока;
- фигуры 8 и 9 - виды поперечных сечений других вариантов конструкции распределения потока.
На фигуре 1 представлен вариант конструкции установки, в которой используется резервуар-отстойник 1 с механической мешалкой 2. Механическая мешалка 2 содержит вертикальный стержень, установленный в резервуаре с возможностью вращения и снабженный на конце лопастями.
Флокуляционный резервуар 1 в рассматриваемом здесь предпочтительном варианте осуществления изобретения имеет в целом форму параллелепипеда, хотя в других вариантах может иметь и другие формы, например круговую.
В центральной части такого флокуляционного резервуара 1 установлена направляющая конструкция, представляющая собой цилиндрическую направляющую трубу 3, в которой установлена мешалка 2. Направляющая труба 3 находится на некотором расстоянии от основания флокуляционного резервуара 1 и формирует в нем центральную внутреннюю зону 1а, находящуюся внутри трубы 3, и периферийную зону 1b, находящуюся между внешней стенкой направляющей трубы 3 и боковыми стенками 1с флокуляционного резервуара 1.
Такой флокуляционный резервуар 1 также снабжен неподвижным устройством 4 распределения потока, которое прикреплено к нижней стенке 1d и находится напротив выходного отверстия трубы 3 на некотором расстоянии от него.
Это неподвижное устройство 4 показано в перспективе на фигуре 2. Как можно видеть, оно сформировано двумя соединенными пластинами 4а и 4b, образующими крест в поперечном сечении.
Необходимо отметить, что в других вариантах осуществления изобретения это неподвижное устройство также может быть установлено на выходе направляющей трубы, но встроено в нее, в отличие от рассматриваемого варианта, в котором устройство прикреплено к днищу резервуара на некотором расстоянии от выхода трубы.
Установка, изображенная схематически на фигуре 1, также содержит трубопровод 5, по которому обрабатываемая вода подается во флокуляционный резервуар 1, причем трубопровод 5 подсоединен к нижней части резервуара.
Трубопровод 5 снабжен устройством 6 подачи, например инжектором, для подачи коагулянта, например хлорида железа, устройством 7 подачи, например инжектором, реагента, например извести, обеспечивающей возможность регулирования уровня рН, и неподвижным смесителем 8, обеспечивающим перемешивание реагентов, поданных в трубопровод через устройства 6 и 7 подачи, с исходной водой таким образом, чтобы на входе флокуляционного резервуара получать коагулированную воду с заданным уровнем рН.
В состав установки, изображенной схематически на фигуре 1, также входит дозирующее устройство 9 для подачи в флокуляционный резервуар 1 гранулированного материала, представляющего собой балласт, такой как микропесок, и дозирующее устройство 10 для подачи во флокуляционный резервуар 1 флокулянта, такого как, например, полимер.
Более конкретно, устройство 10 обеспечивает дозированную подачу флокулянта внутрь направляющей трубы 3, а именно в ту ее часть, которая находится ниже лопастей мешалки 2.
В состав установки также входит полочный (тонкослойный) резервуар-отстойник 11, расположенный по ходу потока после флокуляционного резервуара 1. В контексте рассматриваемого предпочтительного варианта осуществления изобретения для получения более компактной установки резервуар-отстойник и флокуляционный резервуар имеют общую стенку 1с, в которой имеется подводный водослив 16 с разделительной конструкцией 17. Резервуар-отстойник 11 снабжен сифонной перегородкой 18, формирующей вместе с подводным водосливом 16 и разделительной конструкцией 17 проход 18а между флокуляционным резервуаром 1 и резервуаром-отстойником 11.
Этот проход 18а описан более подробно со ссылками на фигуру 3.
Как можно видеть на фигуре 3, стенка 1с, общая для флокуляционного резервуара 1 и резервуара-отстойника 11, снабжена в верхней части подводным водосливом 9. Подводный водослив 9 снабжен разделительной конструкцией 17. Эта конструкция состоит из двух параллельных пластин 17а, установленных с каждой стороны подводного водослива16, и параллельных пластин 17b, установленных между пластинами 17а, перекрывающими подводный водослив 16. Поперечные пластины 17b вместе с пластинами 17а образуют одинаковое количество каналов для потока между флокуляционным резервуаром 1 и резервуаром-отстойником 11. Эти каналы сообщаются с проходом 18а, который сформирован сифонной перегородкой, установленной в резервуаре-отстойнике 11.
Как показано на фигуре 1, резервуар-отстойник 11 установки снабжен вращающимся устройством 12 для соскребания осадка в нижней части и горизонтальными лопастями 13 в верхней части.
В известных технических решениях предлагались наклонные лопасти полочных резервуаров-отстойников водоочистительных установок, в которых использовалось нагружение хлопьев для ускорения их оседания. Однако авторы изобретения обнаружили, что использование в резервуаре-отстойнике вертикальных лопастей, в результате чего облегчается их техническое обслуживание, не оказывает неблагоприятного влияния на осаждение хлопьев. Однако следует отметить, что в других вариантах осуществления изобретения в резервуаре-отстойнике могут использоваться наклонные лопасти или же можно вообще отказаться от их использования.
В нижней части резервуара-отстойника 11 имеется выходной канал 14 для выгрузки накапливающегося осадка, и в верхней части резервуара-отстойника 11 имеется выходной канал 15 для вывода обработанной воды, который выполнен в рассматриваемом варианте в форме простого водослива. Обработанная вода, выходящая из этого водослива, отводится по трубопроводу 15а, в котором установлен датчик 44, обеспечивающий возможность непрерывного или периодического измерения одного или нескольких параметров, характеризующих качество обработанной воды. Следует отметить, что в других вариантах осуществления изобретения такие измерения характеристик качества обработанной воды могут быть выполнены вручную.
Как можно видеть на фигуре 1, предлагаемая в изобретении установка также содержит так называемый "промежуточный резервуар", снабженный мешалкой 20, состоящей из вращающегося стержня, на котором установлены лопасти.
В рассматриваемом варианте для большей компактности промежуточный резервуар 19 прикреплен к флокуляционному резервуару 1. Однако, как можно видеть на фигуре 1, основание этого промежуточного резервуара 19 расположено ниже основания флокуляционного резервуара 1.
В состав установки, показанной на фигуре 1, также входит трубопровод 21, соединяющий канал 14 резервуара-отстойника 11 с промежуточным резервуаром 19, Этот трубопровод 21 снабжен шнеком 22, вращение которого обеспечивается электродвигателем 23.
Установка также содержит трубопровод 25 с насосом 28, соединяющий промежуточный резервуар 19 с гидроциклоном 26, нижний слив 27 которого расположен над флокуляционным резервуаром 1.
Верхний слив 29 гидроциклона выводится в рециркуляционный трубопровод 30, подсоединенный выше промежуточного резервуара 19. Рециркуляционный трубопровод 30 проходит через резервуар 31, снабженный переливной трубой 32 и отводным трубопроводом 33 для этой переливной трубы. Часть трубопровода 30, расположенная по ходу потока за этим резервуаром 31, снабжена клапаном 34.
Промежуточный резервуар 19 также снабжен датчиком 43, который определяет уровень смеси осадка и балласта, находящейся в резервуаре 19. Датчик 43 соединен с клапаном 34.
В соответствии с рассматриваемым предпочтительным вариантом осуществления изобретения установка содержит также трубопровод 35, по которому в нижний слив 27 гидроциклона подается технологическая вода. Этот трубопровод снабжен устройством 10а подачи флокулянта, обеспечивающим возможность оптимизации его смеси с балластом. Вид продольного сечения гидроциклона показан на фигуре 4.
Как можно видеть на фигуре 4, гидроциклон 26 содержит верхнюю цилиндрическую часть 50 с устройством тангенциальной подачи суспензии, которая должна обрабатываться. Устройство тангенциальной подачи соединено с рециркуляционным трубопроводом 25.
Гидроциклон 26 также содержит коническую часть 52, отходящую от цилиндрической части 50 и сообщающуюся с цилиндрической камерой 53. Эта цилиндрическая камера 53 снабжена устройством 54 тангенциальной подачи, которое сообщается с вышеупомянутым трубопроводом 35 подачи технологической воды. Цилиндрическая камера 53 сообщается с нижним сливом 27 гидроциклона. Верхний слив гидроциклона 29 расположен вверху цилиндрической части 50.
4
На фигуре 1 показано, что рассматриваемая установка содержит датчики 40, 40а, предназначенные для непрерывного измерения параметров, характеризующих концентрацию загрязнений в исходной воде, подлежащей обработке, которая поступает во флокуляционный резервуар 1. Такие загрязнения могут быть различных типов и/или быть в различных формах (взвешенные твердые частицы, коллоидный материал, растворенный материал, микроорганизмы, микрозагрязнения и др.). Могут измеряться такие параметры, как, например, концентрация взвешенных твердых частиц в воде, поступающей в установку, или концентрация в ней органического материала, измеренная как ТОС (общее содержание органического углерода), или способность поглощения УФ-излучения на волне 254 нм, или COD (химическая потребность в кислороде), или потребление кислорода перманганатом (KmnO), или же могут использоваться любые другие измерения, обеспечивающие точную оценку содержания органических материалов (частицы или растворенные материалы).
Как будет объяснено ниже более подробно, измерения таких параметров, осуществляемые датчиками 40, 40а, будут использоваться для получения концентрации материалов, взвешенных в воде, поступающей во флокуляционный резервуар 1.
Необходимо отметить, что в варианте, показанном на фигуре 1, датчик 40 расположен по ходу потоку перед неподвижным смесителем 8, находящимся на трубопроводе 5 подачи воды, подлежащей обработке, во флокуляционный резервуар 1. Поэтому датчик 40 осуществляет измерения характеристик исходной воды. Однако в других вариантах осуществления изобретения могут предусматриваться также измерения характеристик коагулированной воды, и поэтому соответствующий датчик может быть размещен по ходу потока за устройством коагуляции воды.
Рассматриваемая установка также содержит датчик 41, установленный в трубопроводе 25, соединяющем промежуточный резервуар 19 с гидроциклоном 26. Этот датчик 41 обеспечивает возможность непрерывного измерения концентрации балласта, микропеска в рассматриваемом варианте, в смеси балласта и осадка, проходящей по этому трубопроводу 25. Такая концентрация балласта соответствует концентрация балласта в промежуточном резервуаре 19, и она пропорциональна концентрации балласта в смеси воды, балласта и полимера во флокуляционном резервуаре 1.
Также следует отметить, что в других вариантах осуществления изобретения датчик концентрации балласта может быть установлен в промежуточном резервуаре 19 или во флокуляционном резервуаре 1.
Установка также содержит вычислительное устройство 42, обеспечивающее возможность сбора измерений, осуществляемых датчиками 40, 40а и 41.
Установка, описанная выше со ссылками на фигуры 1-4, работает следующим образом.
Исходная вода поступает в установку по трубопроводу 5. Коагулянт, например хлорид железа, и реагент, обеспечивающий регулирование уровня рН, например известь, подаются в определенных количествах в поступающую исходную воду с помощью устройств 6 и 7 соответственно и смешиваются неподвижным смесителем 8, так что вода, поступающая во флокуляционный резервуар 1, коагулирована и имеет оптимальный уровень рН, соответствующий выбранному типу коагулянта.
Коагулированная вода, поступающая в нижнюю часть флокуляционного резервуара 1, поднимается в периферийную зону 1b, сформированную боковыми стенками 1 с флокуляционного резервуара 1 и внешней стенкой направляющей трубы 3, как показано на фигуре 1 стрелками, направленными вверх во флокуляционном резервуаре 1, затем проходит в направляющую трубу 3 через ее верхнее отверстие и опускается в центральной внутренней зоне 1а полости направляющей трубы 3, как показано на фигуре 1 стрелками, направленными вниз в направляющей трубе 3.
Необходимо отметить, что в других вариантах осуществления изобретения коагулированная вода может поступать в верхнюю часть флокуляционного резервуара, затем проходить вниз в периферийную зону и оттуда подниматься во внутреннюю зону.
Когда поток коагулированной воды опускается в направляющей трубе, он имеет радиальную составляющую скорости, связанную с движением лопастей мешалки 2.
Когда поток выходит из направляющей трубы 3 через нижнее выходное отверстие, он достигает неподвижного устройства 4 распределения потока. Форма этого неподвижного устройства 4 распределения потока обеспечивает возможность существенного уменьшения радиальной составляющей скорости потока, выходящего из направляющей трубы 3, и распределения этого потока практически равномерно по всей периферийной зоне 1b флокуляционного резервуара 1.
С помощью дозирующего устройства 9 в воду, находящуюся во флокуляционном резервуаре 1, подается балласт, количество которого рассчитывается, как указано ниже.
Одновременно с помощью дозирующего устройства 10 в воду, находящуюся внутри направляющей трубы 3, непрерывно подается флокулянт, количество которого рассчитывается, как указано ниже.
Направляющая труба 3 и мешалка 2 обеспечивают оптимизацию смеси полимера и микропеска с водой.
Во флокуляционном резервуаре 1 формируются хлопья, содержащие частицы балласта, и загрязнения, содержащиеся в воде, присоединяются к хлопьям благодаря действию флокулянта. Улучшение состава смеси воды с балластом и с флокулянтом также позволяет оптимизировать процесс формирования хлопьев.
Датчики 40 и 40а обеспечивают непрерывное измерение соответственно содержания взвешенного твердого материала и концентрации органического материала в исходной воде.
Результаты соответствующих измерений передаются в вычислительное устройство 42, которое объединяет эти измерения с информацией, относящейся к заданным количествам коагулянта и реагента, предназначенного для регулирования уровня рН, и концентрации микроводорослей в исходной воде, для получения концентрации всего взвешенного твердого материала в коагулированной воде, поступающей в флокуляционный резервуар 1, характеризующей концентрацию загрязняющих веществ, которые необходимо удалить из воды.
Затем вычислительное устройство 42 определяет количество флокулянта, которое необходимо подать в установку с помощью устройства 9, в зависимости от следующих параметров:
- интенсивности подачи исходной воды, подлежащей обработке, поступающей в установку по трубопроводу 5,
- концентрации всего взвешенного твердого материала в воде, поступающей во флокуляционный резервуар 1,
- размеров частиц гранулированного материала балласта.
В вычислительном устройстве 42 рассчитывается количество балласта, которое необходимо ввести в установку для получения обработанной воды заданного качества, причем это количество соответствует минимальной концентрации балласта во флокуляционном резервуаре.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения концентрация Y балласта рассчитывается в вычислительном устройстве 42 по формуле:
0,3667
Y=0,4208×X,
где Х соответствует концентрации всего взвешенного твердого материала.
В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться и другие способы расчета необходимой концентрации балласта.
Затем смесь воды и хлопьев из флокуляционного резервуара 1 поступает в резервуар-отстойник 11 через подводный водослив 16.
При этом смесь воды и хлопьев проходит по каналам, сформированным пластинами 17, 17а разделительной конструкции, описанной выше со ссылками на фигуру 3.
Эта конструкция позволяет получить на выходе из этих каналов поток смеси воды и хлопьев, который лучше распределен по длине подводного водослива 16.
Затем эта смесь проходит через проход 18а, образованный подводным водосливом 16 и сифонной перегородкой 18, и далее в резервуар-отстойник 11.
В резервуаре-отстойнике 11 хлопья, сформированные материалом, агрегированным вокруг частиц балласта, осаждаются и аккумулируются на нижней стенке резервуара-отстойника 11 в форме смеси осадка и балласта. Это осаждение ускоряется при использовании лопастей 13, находящихся в верхней части резервуара-отстойника 11.
Вращающееся скребковое устройство 12 обеспечивает направление этой смеси осадка и микропеска в выходной канал 14 резервуара-отстойника.
Обработанная вода, не содержащая загрязнений, отводится в верхней части резервуара-отстойника 11 через выходной канал 15.
Смесь осадка и балласта, скапливающаяся в выходном канале 14 резервуара-отстойника 11, удаляется из него по трубопроводу 21 с помощью размещенного в нем шнека 22, приводимого во вращение двигателем 23.
Эта смесь осадка и балласта транспортируется с постоянной скоростью в промежуточный резервуар 19. Эта транспортировка облегчается тем, что основание резервуара 19 ниже основания флокуляционного резервуара 1, под который может проходить трубопровод 21.
Смесь осадка и балласта перемешивается перемешивающим устройством 20, расположенным в резервуаре 19, причем смесь сначала поднимается и затем опускается в резервуаре 19, как показано стрелками на фигуре 1.
Эта смесь осадка и балласта непрерывно удаляется из промежуточного резервуара 19 по трубопроводу 26 с использованием насоса 28 и направляется в гидроциклон 26, предназначенный для отделения балласта от осадка, содержащегося в смеси.
Эффективность отделения повышается путем подачи в гидроциклон технологической воды по трубопроводу 25. Такая подача технологической воды позволяет получить в нижнем сливе 27 гидроциклона 26 балласт, который по существу не содержит органического материала. Затем балласт, извлеченный из продукта, выходящего из нижнего слива 27 гидроциклона 26, возвращается во флокуляционный резервуар 1.
Разжиженные осадки, выходящие из верхнего слива 29 гидроциклона 26, направляются по трубопроводу 30 в расположенный на нем резервуар 31. Разбавленные осадки накапливаются в этом резервуаре 31. Часть разбавленного осадка удаляется по трубопроводу 33, соединенному с переливной трубой 32, имеющейся в этом резервуаре, в то время как остальная часть осадка направляется обратно в промежуточный резервуар 19 по трубопроводу 30. Однако такая рециркуляция осуществляется только в том случае, когда уровень смеси в резервуаре 19, измеряемый датчиком 43, становится ниже заданной отметки. В этом случае клапан 34 на трубопроводе 30 открывается для вывода части содержимого резервуара 31 в резервуар 19 и закрывается, когда датчик 43 определяет, что уровень смеси в резервуаре 19 достиг заданной отметки.
Такой механизм регулирования обеспечивает поддержание практически постоянной концентрации балласта в резервуаре 19.
Датчик 41 непрерывно измеряет концентрацию балласта в резервуаре 19 и передает измеренные значения в вычислительное устройство 42, в котором определяется количество балласта, фактически находящегося в установке.
Если это количество ниже (или значительно ниже) количества балласта, необходимого для получения заданного качества воды (это количество рассчитывается, как было указано выше, по концентрации Y балласта), иначе говоря, если это количество падает ниже заданного уровня, вычислительное устройство 42 передает в дозирующее устройство 9 команды на подачу в установку дополнительного количества балласта, чтобы получить указанное необходимое количество.
Второй вариант осуществления изобретения рассмотрен со ссылками на фигуры 5-7.
Установка, схема которой представлена на фигуре 5, отличается от установки, схема которой приведена на фигуре 1, только тем, что:
- устройство 4а распределения потока расположено внутри направляющей трубы За флокуляционного резервуара 1;
- и во флокуляционном резервуаре 1 используется дополнительно дозирующее устройство 9а второго гранулированного материала, обладающего адсорбирующими свойствами или свойствами ионного или молекулярного обмена.
Как показано на фигуре 6, устройство распределения потока, находящееся в направляющей трубе 3а, расположено более чем на 200 мм ниже мешалки 2 и составлено из 8 пластин, соединенных крестообразно, в результате чего формируются 25 каналов 51, через которые проходит текучая среда, выходящая из трубы 3.
На фигурах 8 и 9 представлены другие варианты устройства распределения потока, в которых используется 4 или 9 пластин соответственно.
Отношение высоты Н пластин 50 и их максимальной ширины В предпочтительно должно находиться в диапазоне 1,5-2.