УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОАГУЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СТОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к оборудованию для очистки сточных жидкостей, в частности к оборудованию для коагуляционной обработки сточной жидкости перед подачей во флотатор, и может быть использована на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности, в пищевой и нефтеперерабатывающей промышленности, на малых очистных сооружениях канализации, на очистных сооружениях коммунальных предприятий.
В настоящее время остро стоит вопрос охраны окружающей среды, в частности водных объектов. Это обусловлено постоянным сокращением водных ресурсов, а также увеличением объема производственных сточных жидкостей. Для очистки сточных жидкостей используются химические, физико-химические, биологические и биохимические методы, но их применение требует предварительной подготовки. Для предварительной подготовки сточных жидкостей используют методы механической очистки, включающие процеживание, отстаивание, разделение суспензии в поле центробежных сил и фильтрование.
Из физико-химических методов широкое распространение имеет флотационный способ очистки, в частности способ напорной флотации, в сочетании с реагентной обработкой. Чаще всего для повышения эффективности флотации в качестве реагентов применяют коагулянты и флокулянты, посредством которых удаляют загрязнения в виде весьма стойких взвесей. Ввиду вышеуказанного актуальной является разработка средств, направленных на осуществление наиболее полной коагуляции взвесей.
Из уровня техники известно устройство для коагуляционной обработки сточных вод, включенное в установку по очистке сточных вод, описанное в патенте РФ №113263, (опубл. 10.02.2012 г.). Указанное устройство содержит трубопровод подачи сточной жидкости, обводной трубопровод для подачи коагулянта, смеситель для смешения сточной жидкости с коагулянтом и змеевик, в котором осуществляются процессы коагуляции примесей.
К недостаткам описанного решения следует отнести относительно низкую эффективность смешивания коагулянта с потоком сточной жидкости, вследствие чего в потоке сточной жидкости появляются области, в которых коагулянт отсутствует, что в результате приводит к снижению эффективности коагулирования жидкости. Подобные эффекты в целом снижают эффективность работы установки и эффективность применения коагулянта.
Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является устройство для коагуляционной обработки сточных вод, описанное в патенте РФ №139653 (опубл. 20.04.2014). Устройство содержит трубопровод подачи сточной жидкости и обводной трубопровод для подачи коагулянта, при этом внутри трубопровода подачи сточной жидкости между местами соединения обводного трубопровода с трубопроводом подачи сточной жидкости установлена диафрагма. Указанная диафрагма представляет собой пластину круглой формы, диаметр которой больше наружного диаметра трубопровода подачи сточной жидкости, с выполненным в ее центральной части отверстием, нижний край которого снабжен двумя отогнутыми вниз направляющими лопатками, а верхний край - отогнутой вверх задерживающей лопаткой. При этом задерживающая лопатка выполнена в виде части пластины направленной под углом к направлению потоку сточной жидкости и имеет в целом треугольную форму.
Недостатком прототипа является относительно низкая эффективность смешивания коагулянта с потоком сточной жидкости, вследствие чего в потоке сточной жидкости появляются области, в которых коагулянт отсутствует, что в результате приводит к снижению эффективности коагулирования жидкости. Также форма задерживающей лопатки обеспечивает относительно низкое изменение скорости потока сточной жидкости, что обуславливает снижение эффективности коагулирования жидкости.
В основу полезной модели поставлена задача разработать устройство для коагуляционной обработки сточной жидкости, в конструкции которого будет предусмотрена установка диафрагмы, обеспечивающей возможность повышения эффективности смешивания коагулянта с потоком сточной жидкости, за счет чего будет повышена эффективность коагулирования потока сточной жидкости в устройстве в целом.
Поставленная задача решается тем, что разработано устройство для коагуляционной обработки сточных вод, содержащее трубопровод подачи сточной жидкости, обводной трубопровод для ввода коагулянта и установленную в трубопроводе подачи сточной жидкости диафрагму, имеющую входное проходное отверстие и выходное проходное отверстие, которые соединены между собой каналом с образованием по меньшей мере двух направляющих лопаток и одной задерживающей лопатки, при этом задерживающая лопатка имеет направляющую часть, расположенную под углом к потоку, и задерживающую часть, расположенную перпендикулярно к потоку, при этом задерживающая часть расположена в области центральной части потока. Расположение задерживающей части лопатки перпендикулярно направлению потока сточной жидкости обеспечивает эффект торможения жидкости в точке соприкосновения с последующим ускорением потока при огибании задерживающей лопатки. После чего наблюдается эффект срыва потока в области задерживающей лопатки и эффект вихреобразования. За счет образования вихря в потоке достигается интенсивное перемешивание потока коагулянта с потоком сточной жидкости. Таким образом, техническим результатом, который достигается заявляемой полезной моделью за счет вышеперечисленных конструктивных особенностей, является повышение эффективности коагулирования сточной жидкости.
В предпочтительном варианте исполнения зона ввода коагулянта расположена непосредственно за задерживающей лопаткой, что обеспечивает подачу коагулянта в зону интенсивного вихреобразования и таким образом эффективное смешивание коагулянта с потоком сточной жидкости.
Направляющие лопатки выполнены таким образом, что при проходе потока сточной жидкости через них поток увеличивает скорость движения, при этом, проходя через зону ввода коагулянта, перемешивается с последним и перемещается далее по трубопроводу. При этом направляющие лопатки расположены под углом к направлению потока сточной жидкости. В частном случае лопатки выполнены вогнутыми, то есть имеют кривизну. При таком исполнении лопаток достигается плавный переход потока от одной скорости к другой без образования вихрей в потоке ранее, чем коагулянт вводится в поток.
В предпочтительном варианте исполнения диафрагма содержит отверстие для приема обводного трубопровода. Исполнение диафрагмы с отверстием для приема обводного трубопровода обеспечивает возможность максимально близкого расположения зоны ввода коагулянта с задерживающей лопаткой в зоне максимального вихреобразования. Причем обводной трубопровод двумя концами соединен с трубопроводом подачи сточной жидкости, при этом один из концов установлен перед диафрагмой, а второй установлен в отверстии в диафрагме. В часть обводного трубопровода, которая соединена с трубопроводом подачи сточной жидкости перед диафрагмой, отбирается часть потока сточной жидкости. Обводной трубопровод оснащен устройством для ввода коагулянта, который при подаче частично перемешивается с частью потока, ранее отобранным из трубопровода подачи сточной жидкости. В результате описанного выше соединения обводного трубопровода с трубопроводом подачи сточной жидкости обеспечена возможность предварительного смешивания потока сточной жидкости и коагулянта. Подобное решение позволяет снизить время взаимодействия химически активного/агрессивного коагулянта и трубопровода, что в результате позволяет использовать в конструкции устройства любой материал, который не рассчитан на взаимодействие с химически активными/агрессивными коагулянтами.
При таком исполнении реализуется двухступенчатое смешивание коагулянта и сточной жидкости: сначала с меньшим количеством сточной жидкости, затем с остальной частью потока, что позволяет отказаться от необходимости применения станции разбавления.
Следует пояснить, что в качестве входного проходного отверстия принято не отверстие как таковое, а сечение диафрагмы, диаметр которого меньше внутреннего диаметра трубопровода подачи сточной жидкости. Причем входное проходное отверстие диафрагмы сужается в направлении движения потока сточной жидкости. По сути, сужение представляет уменьшение проходного диаметра каждого последующего сечения диафрагмы до канала, который связан с выходным проходным отверстием. Конструктивно, как уже было описано выше, сужение входного проходного отверстия достигается вогнутой формой направляющих и задерживающей лопатки. Подобная конструкция диафрагмы позволяет обеспечить плавное изменение давления и скорости потока сточной жидкости при переходе в зону интенсивного вихреобразования.
Предпочтительно канал диафрагмы имеет У-образную форму. Такое решение вызвано необходимостью обеспечения прочности задерживающей лопатки.
Обводной трубопровод имеет штуцер для ввода коагулянта. Таким образом, агрессивный коагулянт контактирует с обводным трубопроводом, в котором предварительно разбавляется, что позволяет отказаться от использования коррозионно-стойких материалов для трубопровода подачи сточной жидкости.
В предпочтительном варианте исполнения полезной модели диафрагма выполнена из полимерного материала, устойчивого практически ко всем видам химически активных/агрессивных коагулянтов. При этом использование полимерных материалов при изготовлении диафрагмы обеспечивает значительное упрощение технологического процесса изготовления диафрагмы.
Заявляемая полезная модель поясняется при помощи графических материалов, описанных ниже.
Фиг. 1 - фронтальный вид диафрагмы.
Фиг. 2 - разрез А-А диафрагмы.
Фиг. 3 - схема движения сточной жидкости в устройстве.
На фиг. 1 представлен фронтальный вид диафрагмы, установленной в трубопроводе подачи сточной жидкости. Диафрагма 1 содержит канал 2 с образованием направляющих лопаток 3 и задерживающей лопатки 4. При этом задерживающая лопатка 4 имеет направляющую часть 5 и задерживающую часть 6.
На фиг. 2 представлен разрез А-А диафрагмы, обозначенный на фиг. 1. Позициями на фигуре обозначены направляющая лопатка 3, задерживающая лопатка 4, которая имеет направляющую часть 5 и задерживающую часть 6. Также на фиг.2 представлены входное проходное отверстие 7, выходное проходное отверстие 8, а также отверстие 9 для приема обводного трубопровода.
На фиг. 3 представлена схема движения сточной жидкости в устройстве. При прохождении сточной жидкости через диафрагму 1 за ней образуются два интенсивных вихревых потока 10 и 11. Также на фигуре представлены трубопровод 12 подачи сточной жидкости и обводной трубопровод 13.
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.
Часть основного потока сточной жидкости, проходящей по трубопроводу 12 подачи сточной жидкости, отбирают в обводной трубопровод 13 за счет создающейся разности давлений между участками трубопровода подачи сточной жидкости до и после диафрагмы 1. В обводной трубопровод вводят концентрированный раствор коагулянта, при этом при прохождении коагулянта и отобранной части потока сточной жидкости через обводной трубопровод 13 осуществляется их перемешивание. При необходимости через штуцер, установленный на обводном трубопроводе, вводят дополнительные реагенты. Расположение задерживающей части 6 диафрагмы 1 перпендикулярно направлению потока сточной жидкости обеспечивает эффект торможения жидкости в точке соприкосновения с последующим ускорением потока при огибании задерживающей лопатки 4. После чего наблюдается эффект срыва потока в области задерживающей лопатки 4 и эффект вихреобразования. Отобранную часть потока с коагулянтом возвращают в трубопровод 12 подачи сточной жидкости непосредственно за диафрагмой 1 по ходу потока сточной жидкости в зону интенсивного вихреобразования, где происходит окончательное перемешивание данного потока с основным потоком сточной жидкости и дополнительными реагентами, если они были предварительно введены.
Таким образом, разработано устройство для коагуляционной обработки сточной жидкости, в конструкции которого предусмотрена установка диафрагмы, обеспечивающей повышение эффективности смешивания коагулянта с потоком сточной жидкости, за счет чего повышается эффективности коагулирования потока сточной жидкости в устройстве в целом.