СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ВОДЫ С БАЛЛАСТНОЙ ФЛОККУЛЯЦИЕЙ И СЕДИМЕНТАЦИЕЙ, С УПРОЩЕННОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ОСАДКА И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ ЕЙ СПОСОБ
WATER TREATMENT SYSTEM WITH BALLAST FLOCCULATION AND SEDIMENTATION AND SIMPLIFIED SEDIMENT CIRCULATION AND METHOD TO THIS END

Настоящее изобретение относится к системе упрощенной рециркуляции осадка, которая должна быть добавлена к системе обработки воды для питьевой или промышленной воды или для сточных вод, которая может включать сочетание способов из группы, содержащей коагуляцию, седиментацию, флоккуляцию и балластную флоккуляцию, для улучшения ее эффективности посредством уменьшения потерь балласта и воды. Оно также относится к конкретному поведению потока текучей среды, которое становится возможным, в частности, благодаря добавлению системы упрощенной рециркуляции осадка, и она, кроме того, улучшает эффективность способа.
Оборудование для обработки воды является необходимым для очистки питьевой отработанной и промышленной воды, где вода экспонируется для загрязняющих веществ различного размера и композиции. Способ очистки, таким образом, предназначается для удаления этих загрязняющих веществ с помощью использования соответствующим образом выбранных способов, которые, как правило, основаны на удерживании воды в больших танках для применения обработки. Такие загрязняющие вещества являются достаточно плотными для выпадения и накапливания в нижней части этих танков, в зависимости от скорости потока, в то время как другие являются достаточно большими, чтобы успешно отсеивать их от воды с помощью фильтра. Однако некоторые загрязняющие вещества, называемые коллоидами, представляют собой микроскопические частицы, равномерно распределенные в смеси, которые не могут быть эффективно отделены от гидроколлоидного раствора, который представляет собой смесь воды и коллоида, с помощью физических средств и, таким образом, требуют конкретных способов обработки.
Для отделения воды от этих нежелательных примесей она должна пройти через определенные стадии очистки. Может быть осуществлена предварительная обработка для извлечения больших отходов и регулировки pH воды для облегчения последующей стадии обработки. Для устранения более мелких частиц суспензии и, таким образом, осветления воды оборудование для обработки воды, как правило, содержит зону флоккуляции, где флоккулирующий агент, либо полимер (подобный модифицированным полиакриламидам), либо химический продукт (подобный силикату натрия), либо в редких случаях природный продукт с такими же свойствами вводят в воду. При добавлении такого флоккулирующего агента из коллоидов начинают образовываться хлопья (агрегаты частиц) из загрязняющих веществ. Мешалка с вращающимися лопастями, как правило, перемешивает смесь, расположенную в зоне флоккуляции, для доведения до максимума контакта между флоккулирующим агентом и загрязняющими веществами, делая, таким образом, возможным образование хлопьев больших размеров.
Этот способ первой стадии, называемый флоккуляцией, может быть дополнительно улучшен с помощью добавления балластного материала, подобного микропеску, который действует в качестве балласта и контактной массы, катализирующей реакцию флоккуляции в воде и в растворе загрязняющих веществ. Когда добавляют балласт, указанный выше флоккулирующий агент связывает его вместе с хлопьями коллоидов и другими частицами, создавая, таким образом, хлопья большего размера и большего веса посредством агломерирования образовавшихся ранее хлопьев вместе с частицами песка. Это, в свою очередь, имеет преимущества более быстрого осуществления флоккуляции и следующей стадии обработки.
Следующая стадия способа обработки воды называется седиментацией. Она имеет место в зоне седиментации и основывается на том факте, что сила тяжести притягивает каждый объект поверхности земли с силой, пропорциональной его массе. По этой причине более тяжелые частицы легче увлекаются в направлении нижней части этой зоны удерживания, так что добавление гранулированного балласта вроде песка, хотя и не является самым главным, может представлять собой разумный вклад в способ, уменьшая время, необходимое для оседания хлопьев в нижней части зоны. Таким образом, способ флоккуляции в основном представляет собой средства для уменьшения количества коллоидов в суспензии в жидком растворе, создавая относительно тяжелые хлопья коллоидов, которые не оседают эффективно в нижней части зоны седиментации под действием силы тяжести, как делали бы частицы больших размеров в суспензии в жидком растворе. Затем очищенную воду собирают, когда она перетекает из зоны седиментации. Если в зоне флоккуляции используют балласт, хлопья с балластом затем накапливаются в нижней части зоны седиментации и содержат как песок, который должен дополнительно обрабатываться для отделения песка от загрязняющих веществ, так и частицы загрязняющих веществ.
Смесь, содержащая загрязняющие вещества, коллоиды, воду, а также иногда песок, образует то, что, как правило, называют "осадком", который должен быть удален из системы после извлечения настолько большого количества песка и воды, насколько это возможно, для доведения до максимума эффективности способа. Извлеченный песок может быть использован снова и снова в способе без необходимости в добавлении нового песка в ходе работы, в зависимости от эффективности указанного выше извлечения.
Неглавная дополнительная стадия, называемая коагуляцией, может быть добавлена к способу обработки воды для дополнительного улучшения его эффективности. Если ее включают в способ, она, как правило, представляет собой первую стадию, с помощью которой начинают очистку загрязненной воды после предварительной обработки. Она состоит в добавлении солей трехвалентных металлов в раствор воды и загрязняющих веществ. Соли (как правило, композиты железа или алюминия), растворяют в воде, высвобождая ионы с тремя положительными зарядами, которые связываются с коллоидами, а затем образуют малые агрегаты. Такие агрегаты объединяются в хлопья, когда к раствору добавляют флоккулирующий агент, и поскольку они представляют собой частицы с размерами, большими, чем у самих коллоидов, они делают агломерацию агрегатов в хлопья относительно более простой, чем способ без предварительной коагуляции, и это повышает эффективность процедуры за счет включения в оборудование другой зоны, зоны коагуляции, и добавляет расходы на соли трехвалентных металлов.
Очищенную воду, как правило, фильтруют после зоны седиментации для удаления не осевших хлопьев и частиц, которые по-прежнему могут находиться в суспензии в воде. Концентрация воды в осадке, получаемом после седиментации, по-прежнему является слишком высокой, и по этой причине необходимы загущающие средства для достаточного ее уменьшения с целью облегчения транспортировки, например, в места захоронения отходов. Этот дополнительный процесс занимает много времени, чтобы быть эффективным, и часто требует больших пространств, как в случае участков для испарения на открытом воздухе (или осушающих слоев). Альтернатива представляет собой способ прессования, который требует прессования осадка на текстильных фильтрах для извлечения настолько большого количества жидкости, насколько это возможно, после чего получают компактные брикеты из оставшихся твердых загрязняющих веществ. Способ центрифугирования использует центробежную силу для извлечения воды из осадка, и, как и после прессования, оставшиеся загрязняющие вещества формируются в виде компактных брикетов. С другой стороны, эти способы требуют специального оборудования или больших открытых пространств, чтобы быть эффективными, что является дорогостоящим и может быть непрактичным, в зависимости от экономической и географической ситуации в сообществе, требующем этого.
Другая общая проблема реальных установок для обработки воды представляет собой извлечение песочного балласта из полученного осадка, который приводит к ненужному расходу материала.
Первой задачей настоящего изобретения является уменьшение объема осадка, высвобождаемого оборудованием для обработки воды, которое, как правило, использует сочетания способов обработки воды, включающие коагуляцию, флоккуляцию, седиментацию и балластную флоккуляцию посредством создания улучшенных средств постепенной откачки воды из указанного осадка посредством использования улучшенной системы рециркуляции осадка.
Вторая задача настоящего изобретения заключается в создании средств для ускорения процессов обработки воды, которые могут модернизироваться на существующем оборудовании, а также осуществляться на вновь построенном оборудовании с малыми затратами.
Третьей задачей настоящего изобретения является уменьшение размеров средств откачки воды из осадка на таком оборудовании.
Четвертой задачей настоящего изобретения является устранение необходимости во внешнем бассейне для откачки воды из осадка, используемом в некоторых установках для обработки, уменьшая, таким образом, стоимость работы и продолжительность процесса обработки воды на таком оборудовании.
Пятой задачей настоящего изобретения является уменьшение потерь балласта в течение способов обработки воды, которые могут включать балластную флоккуляцию.
Настоящее изобретение представляет собой решение для уже существующих и будущих установок для обработки воды, требующих средств уменьшения количества воды, содержащейся в остаточном осадке, получаемом после обработки воды, для уменьшения объема отходов, которые должны утилизироваться впоследствии. Оно также уменьшает стоимость и размеры устройства, необходимого для дополнительного концентрирования осадка. Настоящее изобретение также уменьшает потери балласта в соответствующем оборудовании с определенными типами средств разделения жидкости и твердых продуктов посредством увеличения его скорости рекуперации, достигаемого посредством множества повторяющихся циклов повторного введения осадка в эти средства, что делается возможным с помощью настоящего изобретения.
Способ обработки воды, включающий коагуляцию, балластную флоккуляцию и седиментацию, как правило, делает возможной получение концентрации твердого материала осадка в пределах между 0,05% и 0,1% (от 0,5 до 1,0 грамм/литр). При объединении с системой упрощенной рециркуляции осадка по настоящему изобретению широкие исследования показывают, что концентрация показывает увеличение более чем до 30 г/л с уменьшениями объема высвобождаемого осадка в процентах на величину в пределах между 30 и 97 процентами и требует меньшего оборудования для загущения осадка.
Настоящее изобретение также делает возможной рекуперацию балласта со скоростью, эквивалентной скорости рекуперации воды. Следующая далее таблица сравнивает результаты для характеристик настоящего изобретения и типичных систем обработки воды:
<b>Скорость подъема/ отношение рециркуляции</b>
<b>Материал в суспензии (исходная вода)</b>
<b>Типичные характерис-тики системы, известной из литературы</b>
<b>Характерис-тики системы</b><b>по настоящему изобретению</b>
<b>Выигрыш</b><b>в характе-</b><b>ристиках</b>
20 м/ч и 3% рециркуляции
20 мг/л
96 м<sup>3</sup>/ч0,6 г/л
3,2 м<sup>3</sup>/ч20 г/л
97%
40 м/ч и 3% рециркуляции
200 мг/л
96 м<sup>3</sup>/ч9,82 г/л
47,1 м<sup>3</sup>/ч20 г/л
51%
40 м/ч и 6% рециркуляции
600 мг/л
192 м<sup>3</sup>/ч13,9 г/л
133,6 м<sup>3</sup>/ч20 г/л
30%
60 м/ч и 6% рециркуляции
200 мг/л
192 м<sup>3</sup>/ч13,9 г/л
133,6 м<sup>3</sup>/ч20 г/л
30%
80 м/ч и 3% рециркуляции
200 мг/л
192 м<sup>3</sup>/ч9,82 г/л
94 м<sup>3</sup>/ч20 г/л
51%
Сочетание элементов вариантов осуществления один, два и три, как описано далее, делает возможным создание сложного трехмерного потока, предотвращающего повторное поступление осадка в самую верхнюю часть зоны седиментации. Этот поток дополнительно улучшает эффективность настоящего изобретения и является результатом осуществления конкретных конструкций, описанных в подробном описании вариантов осуществления.
Настоящее изобретение состоит из системы рециркуляции осадка, которая должна быть добавлена в зону седиментации оборудования для обработки воды, использующего, по меньшей мере, один способ очистки, выбранный из группы, состоящей из флоккуляции, седиментации, коагуляции и балластной флоккуляции; указанная система рециркуляции осадка предназначена для многократного циклирования указанного осадка способом постепенной откачки воды, указанная система содержит:
- расположенную далее по ходу способа емкость для извлечения осадка, содержащую полость для извлечения осадка, расположенную в нижней части указанной емкости; указанная полость определяет определенный объем указанной зоны седиментации, где осадок может накапливаться в ней под действием силы тяжести;
- рециркуляционное устройство, содержащее:
i. средства разделения жидкости и твердых продуктов, которые делают возможным очистку жидкого раствора посредством удаления твердых загрязняющих веществ, находящихся в нем;
ii. средства рециркуляции, содержащие:
1) линию рециркуляции, соединенную на ее входном краю с указанной полостью для извлечения осадка и соединенную с указанными средствами разделения жидкости и твердых продуктов на ее выходном краю;
2) линию повторного введения, соединенную в рабочем состоянии на ее входном краю с указанными средствами разделения жидкости и твердых продуктов и с указанной емкостьюдля извлечения осадка на ее выходном краю; и
3) линию выведения, соединенную на ее входном краю с указанной линией повторного введения и высвобождающую осадок высокой плотности из указанного оборудования для обработки воды на ее выходном краю, расположенном далее по ходу способа;
iii. средства, активные в течение указанного многократного циклирования указанного осадка через систему рециркуляции осадка, для постепенного выведения указанного осадка из указанной системы рециркуляции осадка через указанную линию выведения;
iv. средства для перемещения указанного осадка в указанное рециркуляционное устройство в течение указанного многократного циклирования.
Предпочтительно указанные средства для перемещения указанного осадка в указанное рециркуляционное устройство представляют собой насос, расположенный дальше по ходу способа на указанной линии рециркуляции. Также указанные средства для постепенного выведения указанного осадка из указанной системы рециркуляции осадка включают средства для мониторинга концентрации твердых составляющих указанного осадка.
Предпочтительно, указанные средства разделения жидкости и твердых продуктов представляют собой гидроциклон, установленный дальше по ходу способа, чем указанная линия рециркуляции, по отношению к указанному насосу, который содержит выход для верхнего продукта и выход для нижнего продукта; указанный выход для верхнего продукта соединен с указанными средствами рециркуляции, а указанный выход для нижнего продукта выливается в зоне флоккуляции.
Предпочтительно, дополнительно предусматривают средства контроля, выбранные из группы, состоящей из средств контроля потока и средств контроля концентрации твердых продуктов, для регулировки скорости указанного жидкого раствора, протекающего через указанное рециркуляционное устройство, таким образом, чтобы оптимизировать эффективность указанного гидроциклона.
Предпочтительно, указанные средства для постепенного выведения указанного осадка из указанной системы рециркуляции осадка через указанную линию выведения представляют собой анализатор суспендированных твердых продуктов, который работает в сочетании с указанным устройством контроля потока для дополнительной оптимизации эффективности указанного гидроциклона посредством регулировки скорости потока в соответствии с указанной концентрацией твердых составляющих указанного осадка.
Предпочтительно, зона седиментации содержит ротационный скребковый механизм, содержащий верхнюю часть и нижнюю часть по отношению к плоскости указанной зоны седиментации и вращающийся в указанной плоскости, который направляет указанный осадок, оседающий в указанной нижней части указанной зоны седиментации, в направлении указанной полости для извлечения осадка таким образом, чтобы поддерживать его дисперсным, и эффективно разделяет указанную зону седиментации на первую верхнюю секцию и вторую нижнюю секцию по отношению к плоскости скребкового механизма, изолируя, таким образом, указанную полость для извлечения осадка, указанный входной край линии рециркуляции и указанный выходной край линии для повторного введения, расположенные в указанной второй нижней части, от указанной первой верхней части указанной зоны седиментации.
Предпочтительно, указанный ротационный скребковый механизм является полым в центре, формируя полый вал, и совпадает с частью расположенного дальше по ходу способа края указанной линии повторного введения указанного рециркуляционного устройства, выливающегося в указанной полости для извлечения осадка.
Предпочтительно, на указанной нижней части указанного скребкового механизма формируется обратный конус коаксиально с указанным полым валом, по существу предотвращая динамическое обратное протекание указанного жидкого раствора, находящегося в указанной полости для извлечения осадка, в указанную линию для повторного введения и доводя до максимума поток через указанную линию рециркуляции.
Предпочтительно, указанное рециркуляционное устройство располагают снаружи указанной емкости для извлечения осадка.
Предпочтительно, выход указанной линии для повторного введения указанного рециркуляционного устройства открывается в указанной полости для извлечения осадка.
Предпочтительно, камеру для седиментации песка дополнительно включают в указанное рециркуляционное устройство и устанавливают раньше по ходу способа, чем указанную линию повторного введения и указанную линию выведения, и позже по ходу способа, чем указанный гидроциклон, делая возможной рекуперацию гранулированного материала, подобного песку, в указанном рециркуляционном устройстве, где осадок содержит материал, подобный песку.
Предпочтительно, указанное рециркуляционное устройство содержит гидроциклон, клапан для контроля рециркуляционного потока, установленный в указанной линии повторного введения, и анализатор суспендированных твердых продуктов, также установленный в указанной линии повторного введения; контроль открывания и закрывания указанного клапана для контроля потока зависит от концентрации указанного осадка внутри указанного рециркуляционного устройства.
Предпочтительно, анализатор суспендированных твердых продуктов устанавливают во входной трубе, снабжающей водой указанное оборудование для обработки воды, таким образом делая возможным контроль потока воды через указанное рециркуляционное устройство в зависимости от концентрации коллоидных загрязняющих веществ в воде.
Предпочтительно, указанный гидроциклон, именно указанный гидроциклон, высвобождает рециркулированный осадок в системе рециркуляции осадка.
Настоящее изобретение также состоит из способа получения конкретного поведения потока текучей среды, которое использует указанную рециркуляцию осадка, предотвращает обратное поступление осадка, находящегося в указанной второй нижней секции указанной зоны седиментации, в указанную первую верхнюю секцию зоны седиментации, а также доводит до максимума поток из указанной линии повторного введения в указанную линию рециркуляции, который содержит следующие стадии:
a) смесь воды и хлопьев загрязняющих веществ поступаетв зону седиментации;
b) затем хлопья падают врасположенную далее по ходу способаемкость для извлечения осадка, содержащую полость для извлечения осадка, расположенную в нижней части указанной емкости; указанная полость определяет определенный объем указанной зоны седиментации под действием силы тяжести, формируя осадок;
c) ротационный скребковый механизм, содержащий нижний край и полый центр, направляет указанный осадок, оседающий в указанной нижней части указанной емкости, в направлении указанной полости для извлечения осадка таким образом, чтобы поддерживать его дисперсным;
d) линия рециркуляции, имеющая свою входную часть, расположенную внутри указанной полости для извлечения осадка и соединенную в рабочем состоянии с насосом, перемещает осадок в указанное рециркуляционное устройство;
e) определенное количество осадка повторно вводят в указанную полость для извлечения осадка через линию повторного введения, у которой ее выходной край располагается внутри указанного полого центра указанного скребкового механизма;
f) получаемый поток осадкапротекает назад в направлении указанной линии рециркуляции без обратного протекания внутрь линии повторного введения благодаря конкретному сочетанию:
i. указанного ротационного скребкового механизма;
ii. указанной полости для извлечения осадка;
iii. указанного рециркуляционного устройства;
iv. указанной линии рециркуляции и
v. указанной линии повторного введения указанного рециркуляционного устройства, расположенной внутри указанного полого центра указанного ротационного скребкового механизма и выливающейся в указанную полость для извлечения осадка.
Предпочтительно, обратный конус добавляют на указанном нижнем краю указанного скребкового механизма, давая дополнительную возможность потоку указанного осадка выливаться изуказанной линии повторного введения через указанную линию рециркуляции без обратного протекания внутрь указанной линии повторного введения.
Настоящее изобретение также состоит из способа получения конкретного поведения потока текучей среды, которое предотвращает обратное поступление осадка, находящегося в указанной второй нижней секции указанной зоны седиментации в указанной первой верхней секции зоны седиментации, а также доводит до максимума поток из указанной линии повторного введения в указанную линию рециркуляции, включающего следующие стадии:
a) смесь воды и хлопьев загрязняющих веществ поступает в зону седиментации;
b) затем хлопья падают в расположенную далее по ходу способа емкость для извлечения осадка, содержащую полость для извлечения осадка, расположенную в нижней части указанной емкости; указанная полость определяет определенный объем указанной зоны седиментации под действием силы тяжести, формируя осадок;
c) ротационный скребковый механизм, содержащий нижний край и полый центр, направляет указанный осадок, оседающий в указанной нижней части указанной емкости, в направлении указанной полости для извлечения осадка таким образом, чтобы поддерживать его дисперсным;
d) линия рециркуляции, имеющая свою входную часть, расположенную внутри указанной полости для извлечения осадка и соединенную в рабочем состоянии с насосом, перемещает осадок в указанное рециркуляционное устройство;
e) определенное количество осадка повторно вводят в указанную полость для извлечения осадка через линию повторного введения, у которой ее выходной край располагается внутри указанного полого центра указанного скребкового механизма;
f) получаемый поток осадка протекает назад в направлении указанной линии рециркуляции без обратного протекания внутрь линии повторного введения благодаря конкретному сочетанию:
i. указанного ротационного скребкового механизма;
ii. указанной полости для извлечения осадка;
iii. указанного рециркуляционного устройства;
iv. указанной линии рециркуляции и
v. указанной линии повторного введения указанного рециркуляционного устройства, расположенной на стенке указанной полости для извлечения осадка.
Предпочтительно, на указанный нижний край указанного скребкового механизма добавляют обратный конус, давая дополнительную возможность потоку указанного осадка выливаться из указанной линии повторного введения через указанную линию рециркуляции без обратного протекания в указанную линию повторного введения.
Настоящее изобретение также состоит из способа получения конкретного поведения потока текучей среды, которое предотвращает обратное поступление осадка, находящегося в указанной второй нижней секции указанной зоны седиментации, в указанную первую верхнюю секцию зоны седиментации, а также доводит до максимума поток из указанной линии повторного введения в указанную линию рециркуляции, содержащего следующие стадии:
a. смесь воды и хлопьев загрязняющих веществ поступает в зону седиментации;
b. затем хлопья падают в расположенную далее по ходу способа емкость для извлечения осадка, содержащую полость для извлечения осадка, расположенную в нижней части указанной емкости; указанная полость определяет определенный объем указанной зоны седиментации под действием силы тяжести, формируя осадок;
c. линия рециркуляции, имеющая свою входную часть, расположенную внутри указанной полости для извлечения осадка и соединенную в рабочем состоянии с насосом, перемещает осадок в указанное рециркуляционное устройство;
d. определенное количество осадка повторно вводят в указанную полость для извлечения осадка через линию повторного введения, у которой ее выходной край располагается на стенке указанной полости для извлечения осадка;
e. получаемый поток осадка протекает назад в направлении указанной линии рециркуляции без обратного протекания в линию повторного введения благодаря конкретному сочетанию:
i. указанной полости для извлечения осадка;
ii. указанного рециркуляционного устройства;
iii. указанной линии рециркуляции и
iv. указанной линии повторного введения указанного рециркуляционного устройства, расположенного на стенке указанной полости для извлечения осадка.
На чертежах, иллюстрирующих предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, изображено:
фиг.1 - схематический общий вид оборудованиядля обработки воды по настоящему изобретению, основывающегося на внешней системе рециркуляции осадка, упоминаемой в дальнейшем как вариант осуществления один;
фиг.2 - схематический общий вид оборудования для обработки воды, где система рециркуляции осадка повторно вводит осадок в нижнюю часть зоны седиментации с помощью прохода, идущего вниз через полый центр ротационного скребкового механизма, упоминаемого далее как вариант осуществления два, и где поток рециркуляции осадка регулируют с помощью анализатора суспендированных твердых продуктов;
фиг.3 - другой схематический общий вид оборудования для обработки воды, составляющего второй вариант осуществления системы рециркуляции осадка на фиг.2, где поток рециркуляции осадка вместо этого регулируют с помощью измерителя потока;
фиг.4 - другой схематический общий вид оборудования для обработки воды, где поток рециркуляции осадка контролируют с помощью таймера;
фиг.5 - другой схематический общий вид оборудования для обработки воды, показывающий различные расположения, в которых могут быть расположены компоненты для контроля потока рециркуляции или анализа суспендированных твердых продуктов;
фиг.6 - другой схематический общий вид оборудования для обработки воды, где контроль потока рециркуляции осуществляют с помощью анализа суспендированных твердых продуктов в воде, протекающей через трубу для подачи; и
фиг.7 - в увеличенном масштабе, по сравнению с фиг.2-4, 5 и 6, графическое представление моделирования конкретной динамики потока осадка, проходящего через систему рециркуляции осадка по настоящему изобретению, в данном случае через систему рециркуляции осадка варианта осуществления два, и оно берется в нижней, расположенной с правой стороны, части фиг.2-4, 5 или 6.
Фиг.1 в целом показывает оборудование 01 для обработки воды, содержащее внутри 3 главных зоны, в которых циркулирует вода, с добавленной системой рециркуляции осадка, соответствующей варианту осуществления один настоящего изобретения. Вода протекает слева направо для постепенной очистки ее от загрязняющих веществ. Расположенная раньше по ходу способа зона 10 коагуляции определяется как вертикальная емкость-хранилище 100, например, кубической формы, принимающая воду через проход, который может представлять собой обычную трубу и который не показан на чертеже. Коагулянт, предпочтительно соль трехвалентного металла, добавляют к воде, протекающей в зоне 10 коагуляции, для инициирования образования агрегатов загрязняющих веществ, смешанных с водой. Малые частицы загрязняющих веществ в суспензии в этой воде, как правило, заряжены отрицательно и, таким образом, притягиваются солями трехвалентных металлов, которые растворены в воде, оставляя ионы с тремя положительными зарядами. Двигатель 11, установленный выше зоны коагуляции, дает возможность для вращения мешалки 12, с которой он соединен с помощью вращающегося вала 11a. Мешалка 12 содержит ряд вращающихся лопастей 12a, 12b, ..., простирающихся в рабочем состоянии в целом горизонтально, на некотором расстоянии над днищем 102 первой, расположенной раньше по ходу способа емкости-хранилища 100.
Вал 11a является достаточно длинным для того, чтобы мешалка 12 покоилась на определенной глубине ниже поверхности воды в зоне 10 коагуляции, и он вращается вместе с мешалкой 12 благодаря вращательному движению, передаваемому двигателем 11. Лопасти 12a, 12b, ... мешалки вращаются в целом параллельно плоскости днища 102 емкости и перемешивают воду и раствор соли трехвалентного металла для доведения до максимума поверхности контакта между двумя реагентами и, таким образом, ионного притяжения между указанными ионами с положительными зарядами и загрязняющими веществами в воде. Эта стадия не является критически важной для достижения соответствующей очистки воды, но может улучшить эффективность обработки воды.
Воду, содержащую теперь малые агрегаты загрязняющих веществ, затем выливают во вторую вертикальную емкость-хранилище 104, которая называется зоной 15 флоккуляции. Двигатель 110, установленный выше днища 106 емкости 104, также дает возможность второй мешалке 108 вращаться на определенной глубине под поверхностью воды на некотором расстоянии над плоскостью днища 106 емкости 104 посредством включения вращающегося вала 110a. Флоккулирующий агент смешивают с водой в емкости 104, которая уже содержит агрегаты, сформированные в зоне коагуляции.
Этот флоккулирующий агент тщательно перемешивают в воде с помощью мешалки 108, и он делает возможным образование хлопьев из частиц внутри зоны 15 флоккуляции, при объединении с загрязняющими веществами. Скорость образования и размеры (а таким образом и вес) хлопьев предпочтительно могут дополнительно увеличиваться посредством добавления балласта. Наиболее широко используемый балласт представляет собой микропесок (например, с диаметром частиц в пределах между 50 мкм и 150 мкм) из-за его общей доступности и относительно низкой стоимости.
Затем вода поступает в третью зону, называемую зоной седиментации 16, расположенную в другой вертикальной емкости-хранилище 112. Хлопья и агрегаты, которые создаются в двух предыдущих зонах 10 и 15, притягиваются под действием силы тяжести в направлении днища 22 в форме воронки, расположенной дальше по ходу способа емкости 112. Более тяжелые частицы, следовательно, имеют большую вероятность опуститься на днище 22 зоны 16 седиментации и сделают это быстрее, чем более легкие частицы, что представляет собой выгоду от коагуляции и балластной флоккуляции для улучшения эффективности системы обработки воды. Скребковому механизму 20, который может нести устройство, такое как обратный конус 21, на своем центре, придают вращательное движение в плоскости зоны 16 седиментации с помощью двигателя 18, перемещающего вращающийся вертикальный вал 17.
Целью вала 17 является соскребывание хлопьев загрязняющих веществ, которые оседают на радиально сужающихся сверху вниз стенках днища 22 полости 19 для извлечения осадка, расположенной под обратным конусом 21 в центре зоны 16 седиментации. Хлопья загрязняющих веществ, таким образом, собирают внутри полости 19 для извлечения осадка, их масса впоследствии образует осадок.
Обратный конус 21 может быть заменен другими соответствующими структурами, например горизонтальной перфорированной пластиной, расположенной на некотором расстоянии над днищем 22, в форме углубления. Перфорации такой перфорированной пластины делали бы возможным свободное прохождение осадка при такой скорости потока, что осадок не возвращался бы в состояние суспензии.
Этот осадок, который содержит относительно большой объем воды, будет далее называться разбавленным осадком. Для оптимизации работы такой обработки воды этот разбавленный осадок должен обрабатываться для откачки настолько большого количества воды, насколько это возможно, из разбавленного осадка. Для достижения этой цели разбавленный осадок засасывают в приемную линию 39 рециркуляции рециркуляционного устройства под действием насоса 38. Затем осадок проходит через выходную линию 33 и поступает в гидроциклон 30, который обычно служит в качестве средств разделения жидкости и твердых продуктов. Гидроциклон 30 устроен таким образом, что осадок с более высокой концентрацией загрязняющих веществ требует более низкой скорости потока через гидроциклон 30 для достижения высоких скоростей разделения, и наоборот, осадок с более низкой концентрацией загрязняющих веществ требует более высоких скоростей потока для хороших скоростей разделения благодаря его центробежному функционированию.
Перетекающий материал, содержащий частицы более низкой плотности, покидает гидроциклон 30 через выходную трубу 32, а материал нижнего продукта, содержащий частицы с более высокой плотностью, проходит через нижнее отверстие для повторного использования. Вход 31 для технологической воды делает возможной промывку рециркулированного балластного материала. Камера 34 с воздушной вентиляцией для седиментации песка может быть соединена с трубой 32, поскольку она делает возможным лучшую рекуперацию песка, по-прежнему находящегося в верхнем продукте, обеспечиваемом гидроциклоном 30. Также авторы обнаружили после нескольких исследований, что камера для седиментации песка представляет собой хорошее место для добавления воздушного канала. Этот воздушный канал облегчает отделение воздуха от рециркулированного осадка и таким образом предотвращает введение воздуха в углубление для рециркуляции осадка.
Затем полученный осадок либо направляется через выходную линию 35 для выведения рециркуляционного устройства оборудования для обработки воды, либо осадок проходит опять в полость 19 для извлечения осадка посредством линии 40 повторного введения. Устройство 36, контролирующее открывание клапана 37 для контроля потока, выбирает линии 35 или 40, если концентрация твердых загрязняющих веществ в осадке достигает заданного уровня, или если скорость потока достигает указанного значения, или по прохождении определенного количества времени. Устройство 36 может состоять, например, из анализатора суспендированных твердых продуктов, измерителя потока или таймера соответственно. Осадок с более высокой концентрацией загрязняющих веществ, повторно введенный после этого в полость 19 для извлечения осадка, смешивается с разбавленным осадком, получаемым в результате седиментации хлопьев в зоне 16 седиментации, и цикл начинается снова, постепенно повышая концентрацию твердых составляющих осадка, с постепенной откачкой воды.
Также сочетание скребкового механизма 20""", направленного углублением вверх конуса 21""", полости для извлечения осадка и как линии рециркуляции 39""", так и линии 40""" повторного введения в центральную трубу создает конкретное поведение потока текучей среды в полости 19""" для извлечения осадка, как видно на фиг.7. Это поведение потока направляет осадок из линии 40""" повторного введения в линию 39""" рециркуляции, в то же время включая также в концентрированный осадок, поступающий из линии 40""" повторного введения, разбавленный осадок, который аккумулируется в полости 19""" для извлечения осадка благодаря седиментации.
Опять же сочетание скребкового механизма 20', 20", 20"' обратного конуса 21', 21", 21"', полости для извлечения осадка и как линии 39', 39", 39'" рециркуляции, так и линии 40', 40", 40"' повторного введения, расположенной внутри вращающегося вала 17', 17", 17'" на фиг.2, 3 и 4 соответственно, создает конкретное поведение потока текучей среды в полости 19', 19", 19'" для извлечения осадка. Это поведение потока направляет осадок из линии 40', 40", 40"' повторного введения в линию 39', 39", 39"' рециркуляции, в то же время также вводя в концентрированный осадок, поступающий из линии 40', 40", 40"' повторного введения, разбавленный осадок, который аккумулируется в полости 19', 19", 19"' для извлечения осадка благодаря седиментации. В этом случае, однако, обратный конус 21', 21", 21"' является гораздо более предпочтительным, поскольку он предотвращает обратное протекание концентрированного осадка, поступающего из линии 40', 40", 40"' повторного введения.
Это конкретное поведение потока текучей среды моделируют, используя современные компьютерные программы, следуя известным принципам механики текучих сред, и результат этого показан на фиг.7. Она показывает концентрированный осадок, выливающийся вниз из линии 40""" повторного введения в полость 19""" для извлечения осадка и либо поступающий прямо в линию 39""" рециркуляции, либо перенаправляемый с помощью обратного конуса 21""" для удерживания этого осадка в полости 19""" зоны 16""" седиментации. Это поведение потока текучей среды, таким образом, доводит до максимума рециркуляцию концентрированного осадка, в то же время смешивая его с разбавленным осадком, непрерывно оседающим под действием силы тяжести, в рециркуляционном устройстве с обратным конусом 21""", по существу контролирующем обратный поток концентрированного осадка в направлении верхней части зоны 16""" седиментации, таким образом эффективно отделяя полость для извлечения осадка от верхней части зоны 16""" седиментации.
Фиг.2, 3 и 4 в основном показывают оборудование для обработки воды на фиг.1, но с вариантом осуществления два настоящего изобретения и с другими средствами контроля потока в рециркуляционном устройстве. В этих вариантах осуществления вращающийся вал 17' зоны 16' седиментации, который вращает скребковый механизм 20', имеет полый центр, давая возможность для размещения внутри него выходной части линии 40' повторного введения из варианта осуществления один. Эта конфигурация позволяет лучше встроить систему рециркуляции осадка по настоящему изобретению внутри оборудования для обработки воды, требуя меньшего пространства для работы.
На фиг.2 анализатор 41 суспендированных твердых продуктов устанавливают на линии 42', соединяющей камеру 34' для седиментации песка и клапан 37' для контроля потока, делая возможным селективное открывание последнего в зависимости от концентрации твердых составляющих осадка в камере 34' для седиментации песка. Если эта концентрация ниже заданного порогового значения, тогда анализатор 41 суспендированных твердых продуктов контролирует клапан 37' для контроля потока, посылая сигнал через средства 42' коммуникации, которые в этом случае представляют собой кабель. Затем осадок повторно вводят в полость 19' для извлечения осадка, так что он может смешиваться с разбавленным осадком, который постепенно накапливается из-за седиментации. Когда концентрация превышает указанное пороговое значение, клапан 37' для контроля потока закрывается, и сильно концентрированный осадок может покидать систему рециркуляции осадка через линию 35' выведения.
На фиг.3 измеритель 43 потока устанавливают в таком же положении, как анализатор 41 суспендированных твердых продуктов на фиг.2, который его заменяет. В этом случае измеритель 43 потока также диктует клапану 37" для контроля потока, должен ли он открываться или закрываться, в зависимости от заданных пороговых значений скоростей потока.
На фиг.4 таймер 44 может заменять анализатор 41 суспендированных твердых продуктов на фиг.2. В этом случае таймер 44 используют для точной работы клапана 37"' для контроля потока в зависимости от заданного введенного значения времени.
Фиг.5 показывает предпочтительные положения устройств для контроля потоков на фиг.2 и 3, соответственно, анализатора 41 суспендированных твердых продуктов или измерителя 43 потока. В этом случае, камера 34"" для седиментации перетекающего песка отсутствует для ясности вида. Устройства по-прежнему используют для управления клапаном 37"" для контроля потока, хотя каждое из различных показанных положений имеет свои конкретные преимущества, в зависимости от предполагаемого использования системы рециркуляции осадка. Положение 45a устройства контроля потока соединено с выходной линией 32"" с верхним продуктом гидроциклона 30"" и расположено дальше по ходу способа, чем соединение 46"" между линией 40"" повторного введения и линией 35"" выведения. В положении 45a устройство для контроля потока эффективно изменяет конфигурацию клапана 37"" для контроля потока до того, как желаемая концентрация пересечет У-образный разветвитель 46"". Это положение 45a позволяет системе рециркуляции осадка повторно вводить только осадок при концентрациях, более низких, чем пороговое значение, в полость 19"" для извлечения осадка, что, в свою очередь, делает возможной определенную экономию времени.
На самом деле, если устройство для контроля потока расположено в положении 48b, только осадок с концентрацией, равной пороговому значению или превышающей его, будет выводиться из системы, обеспечивая, таким образом, минимальную эффективность. Однако осадок с концентрацией, достаточно высокой для выведения через линию 35"" для выведения, будет повторно вводиться в полость 19"" для извлечения осадка благодаря тому, что она расположена раньше по ходу способа, чем У-образный разветвитель 46"", таким образом требуя ненужной рециркуляции осадка и, в свою очередь, большего времени для его обработки. Сочетание двух систем 45a и 48b устройств для контроля потока, однако, делает возможным использование качеств их обеих для доведения до максимума эффективности системы. Устройство для контроля потока, расположенное в положении 45c, может дополнительно использоваться в сочетании с устройством контроля потока либо в положении 45a, либо в 48b, либо как в 45a, так и в 48b для приостановки выхода концентрированного осадка в случае поломки или отказа системы, которая могла бы направлять случайно разбавленный осадок в направлении линии 35"" для выведения, даже если он не удовлетворяет требованиям концентрации для заданного порогового значения.
Оборудование для обработки воды на фиг.6 содержит анализатор 48 суспендированных твердых продуктов, установленный на входной линии 47, которая доставляет воду в зону 10'"" коагуляции, который управляет клапаном 37""' для контроля потока системы рециркуляции осадка таким образом, что концентрация осадка, поступающего из системы рециркуляции осадка через линию 40""' для выведения, является достаточно высокой по отношению к входной концентрации в воде. Эту систему можно использовать в сочетании с системами предыдущих чертежей для дополнительной оптимизации эффективности обработки извлекаемого осадка.