Комбинированный центробежный сепаратор для очистки промышленных сточных вод

Полезная модель предназначена для очистки промышленных сточных вод от загрязняющих веществ и может найти применение в машиностроении, приборостроении, строительной индустрии, отраслях нефтедобычи и нефтепереработки.
Для очистки сточных вод различных видов загрязнителей используют различные способы: механические, физико-химические, термические, биологические и др. Большинство сточных вод содержат загрязняющие вещества различного агрегатного состава и для их удаления создают системы из нескольких последовательных устройств очистки, например, для очистки сточных вод, загрязненных механическими примесями и маслами (Тимонин А.С. «Инженерно-экологически справочник Т. 2. Калуга, изд. Н. Бочкаревой. 2003 г. 884 с).
На рис. 9.1 (стр. 326) приведена схема, содержащая механические способы, физико-химические способы (осаждение, флотация, коагуляция и др.). Все эти устройства занимают значительные производственные площади и требуют значительных материальных затрат.
Известно устройство по патенту на полезную модель №173778 (бюл. №26 от 11.09.2017), в котором в одном аппарате совмещено несколько процессов очистки - центробежная сепарация, флотация и пневматическое удаление флотационной пены. Устройство содержит емкость, в нижней части которой расположена перегородка, образующая между днищем емкости и перегородкой, наружный диаметр которой меньше диаметра емкости, образуя по периметру зазор, вертикальную трубу отвода очищенной жидкости, расположенную соосно с емкостью, нижний конец которой проходит через перегородку с выходом в пространство между днищем емкости и перегородкой, а верхний конец входит в емкость сбора очищенной воды, водораспределитеь, расположенный вокруг вертикальной трубы и состоящий из коаксиально расположенных кольцевых водораспределительных труб с козырьками, установленный на камере закрутки исходной загрязненной воды, расположенной вокруг нижней части вертикальной трубы с патрубком подвода загрязненной воды, расположенным тангенциально к камере закрутки. В нижней части емкости вокруг камеры закрутки установлена флотационная камера с системой отверстий на верхней поверхности, диаметр основания которой совпадает с диаметром перегородки и трубопроводом подачи воздуха, в зоне накопления пены над поверхностью жидкости имеется патрубок отвода этой пены, расположенный тангенциально к стенке емкости, а перед входом в патрубок имеется отражательная перегородка с плоским щелевым отверстием с тыльной стороны для подвода воздуха. В кольцевых воодораспределительных трубах установлены закручивающие лопатки, обеспечивающие вращение потока, совпадающее с вращением исходной загрязненной воды в камере закрутки. В верхней части вертикальной трубы отвода очищенной воды выполнено расширение. В днище корпуса имеется промывной патрубок. Данное устройство принято нами за прототип.
Недостатки прототипа следующие:
1. В камере закрутки наиболее крупные частицы взвешенных загрязнителей отбрасываются к стенке камеры и не поступают в кольцевые водораспределители. По мере эксплуатации устройства шлам у стенки камеры закрутки скапливается и все устройство требует периодической остановки и промывки, что уменьшает производительность работы.
2. Центробежная сепарация и флотация, реализуемая в корпусе устройства, позволяет очищать воду только от взвешенных частиц, но на практике в большинстве случаев, кроме взвешенных веществ, присутствуют и растворенные загрязнители, масла, нефтепродукты. Для очистки воды от таких загрязнителей необходимо использовать дополнительные ступени очистки и аппараты с другими принципами разделения. Эти ступени очистки требуют дополнительные материальные, экономические затраты и занимают производственные площади.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, - расширение диапазона использования и повышение качества очистки.
Технический результат достигается тем, что в комбинированном центробежном сепараторе для очистки промышленных сточных вод, содержащем емкость с вертикальной трубой, камеру закрутки, кольцевые водораспределительные трубы с козырьками и лопатками для закрутки, флотационную камеру с системой отверстий и устройство сдува пены в пеносборник через плоское щелевое отверстие, новым является то, что в верхней части вертикальной трубы расположен сорбционный фильтр с узлом управления режимами очистки, а в камере закрутки имеются пристеночные щелевые каналы для удаления шлама.
В комбинированном центробежном сепараторе для очистки промышленных сточных вод сорбционный фильтр выполнен в виде сменной кассеты.
В комбинированном центробежном сепараторе для очистки промышленных сточных вод сменная кассета расположена на поворотной платформе, оборудованной кулачковым замком и шариковым фиксатором, а отводная труба имеет гибкий элемент.
В комбинированном центробежном сепараторе для очистки промышленных сточных вод пристеночные щелевые каналы для удаления шлама из камеры закрутки выполнены с поворотом на 90° от части дуги в верхней части до радиальной в нижней части.
Предложенное сепаратор представлен на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.
Фиг. 1 - Общий вид сепаратора (поперечный разрез);
Фиг. 2 - Сепаратор (вид сверху на поворотную платформу);
Фиг. 3 - Сорбционный фильтр в рабочем положении;
Фиг. 4 - Сорбционный фильтр в положении замены;
Фиг. 5 - Сечение А-А.
Здесь: 1 - корпус сепаратора, 2 - кольцевые водораспределители, 3 - пеносборник, 4 - центральная труба, 5 - корпус сорбционного фильтра, 6 - завихрители, 7 - перфорированный диск, 8 - тангенциальный патрубок подвода, 9 - камера флотации, 10 - камера закрутки, 11 - полые шламоприемники, 12 - нижнее днище, 13 - поворотная платформа, 14 - ушко. 15 - шариковый фиксатор, 16 - пружина, 17 - рукоятка, 18 - профилированный кулачок, 19 - отводная труба, 20 - вал, 21 - фланец центральной трубы, 22 - уплотнение. Узел управления режимами очистки: 23 - винт, 24 - гайка, 25 - стержень, 26 - рукоятка, 27 - пружина, 28 - опорная шайба, 29 - профилированный кулачок, 30 - рычаг. 31 - гофры, 32 - гранулы сорбента, 33 - шлицевая втулка, 34 - пружина, 35 - упор, 36 - прокладка, 37 - непровальные сетки, 38 - шлицы, 39 - фланец корпуса фильтра, 40 - фланец отводной трубы. Сменная кассета; 5, 39, 32, 37.
Комбинированный центробежный сепаратор представляет собой емкость цилиндрической формы, состоящей из корпуса 1, нижнего днища 12 и центральной трубы 4, не доходящей до днища 12. В верхней части корпуса имеется пеносборник 3. Вокруг центральной трубы 4 в нижней части находятся кольцевые водораспределители 2, имеющие козырьки и лопатки для закрутки истекающей воды. Кольцевые водораспределители 2 установлены на камере закрутки 10, оборудованной тангенциальным патрубком подвода исходной воды 8. Вокруг камеры закрутки 10 расположена камера флотации 9 с перфорированным диском 7. Камера закрутки 10 в нижней части, вблизи боковой сгенки имеет полые шламоприемники 11, которые доходят до нижнего днища 12, Шламоприемники 11 выполнены так, что внутри камеры закрутки 10 они расположены по дуге окружности, соединяющей дно камеры закрутки 10 с ее вертикальной боковой стенкой, а у нижнего днища 12 эти шламоприемники 11 расположены в радиальном направлении, изгибаясь на 90° вокруг вертикальной оси. В верхней части центральной трубы 4 находится корпус сорбционного фильтра 5. Фильтр 5 представляет собой цилиндр, заполненный гранулами сорбента 32 и закрытый сверху и снизу непровальными сетками 37. Диаметр корпуса фильтра 5 равен диаметру центральной трубы 4. Фильтр 5 расположен на поворотной платформе 13, которая имеет посадочные места с прокладками 36, соответствующими диаметру корпуса фильтра 5. Поворотная платформа 13 имеет возможность поворота вокруг вала 20, который имеет шлицы 38 и может перемещаться в шлицевой втулке 33. Вал 20 имеет пружину 34 и упор 35. Корпус фильтра 5 в нижней части опирается на прокладки 36 в посадочных местах поворотной платформы 13 и в этих местах платформа 13 имеет перфорацию для прохода воды. В верхней части корпус фильтра 5 имеет кольцевой фланец 21, аналогичный фланцу центральной трубы 4 и фланцу отводной трубы 19. Фланцы 21 на центральной трубе 4 и отводной трубе 19 имеют уплотнения 22. Поворотная платформа 13 имеет ушки 14 для перемещения платформы, в которых расположены шариковый фиксатор 15 и пружина 16, что позволяет фиксировать платформу 13 строго в одном положении, чтобы фильтр 5 устанавливался соосно с центральной трубой 4. Для перевода фильтра 5 вместе с поворотной платформой 13 из рабочего положения в режим замены фильтра 5 имеется узел управления, который представляет собой кинематическую пару «винт-гайка», состоящую из винта 23 гайки 24 с рукояткой 26. Внутри полого винта 23 проходит стержень 25 одним концом упирающийся в фланец отводной трубы 19, а другим концом - в опорную шайбу 28, которая всегда находится в контакте с профилированным кулачком 29 за счет пружины 27. Кулачок 29 имеет рычаг 30 для удобства регулирования. Для обеспечения возможности вертикального перемещения отводной трубы 19 имеется участок с гофрами 31.
Комбинированный центробежный сепаратор работает следующим образом. Исходная загрязненная вода подается в камеру закрутки 10 через тангенциальный патрубок подвода 8и приобретает вращательное движение. За счет возникающей центробежной силы взвешенные компоненты отбрасываются к стенкам камеры 10, причем, центробежная сила больше воздействует на крупные частицы. Шлам, отбрасываемый к стенкам камеры 10, сползает к основанию камеры и попадает в полые шламоприемники 11 и удаляется из установки. Основная часть жидкости, вместе с мелкими и средними загрязнителями поступает в кольцевые водораспределители 2, где перед выходом приобретают дополнительную закрутку в завихрителях 6, истекает в полость корпуса 1. Наличие козырьков у каждого кольцевого водораспределителя 2 позволяет жидкости равномерно
распределяться по всему объему. Одновременно с поступлением воды в камеру 10, в камеру флотации 9 подается под давлением воздух и через перфорированный диск 7 выделяются пузырьки и происходит процесс флотации. Вместе с мелкими и средними частицами загрязняющих веществ флотационная пена поднимается в пеносборник 3 и удаляется из сепаратора. Очищенная от взвешенных веществ вода поступает в нижнюю часть корпуса 1 через кольцевое пространство между стенкой и перегородкой, образованной днищем флотационной камеры 9 и камеры 10 и поступает в центральную трубу 4. Шламоприемники 11, проходящие между перегородкой и нижним днищем 12, за счет изгиба вокруг вертикальной оси расположены в радиальном направлении, что значительно снижает гидравлические потери для воды, втекающую в центральную трубу 4. Далее, вода из центральной трубы 4 проходит через фильтр 5, где протекает через слой с гранулами сорбента 32 очищается от растворенных органических соединений, поверхностно-активных веществ (ПАВ), красителей. Пройдя через сорбционный фильтр 5, очищенная вода подается потребителям. Процесс очистки воды продолжается до исчерпания сорбентом 32 адсорбционной емкости, после которой сорбент теряет способность поглощать загрязнители. Время достижения насыщения сорбентом определяется экспериментально и зависит от вида загрязнителя, его концентрации, характеристик сорбента. После исчерпания сорбционной емкости, процесс очистки прекращается и реализуется процесс замены сорбционного фильтра 5. Для этого, используя рычаг 30 поворачивают кулачок 29, освобождают стержень 25 и вращая рукоятку 26 вывинчивают винт 23 из гайки 24, при этом поднимается отводная труба 19, сжимая гофры 31. Освобожденная от давления отводной трубы 19, за счет действия пружины 34, поднимается вверх поворотная платформа 13, по шлицевому соединению 33 и 38. На поворотной платформе 13, в посадочном месте уже находится кассета со свежим сорбентом. При подъеме платформы 13 шариковый фиксатор 15 выходит из паза в ушке 14. После этого, поворачивая вал 20 на 180° поворачивается вся платформа 13 и на место отработанной кассеты 5 устанавливается новая кассета со свежим сорбентом. Далее, вся технология  повторяется в обратном порядке. Установив шариковый фиксатор 15 в нужном положении, начинают вращением рукоятки 26 приводить в движение винтовую пару 23-24, сжимая пружину 27. Стержень 25 давит на фланец отводной трубы 19, он сжимает уплотнение 22, это давление оказывается на фланец 21 корпуса сорбционного фильтра 5 и вся поворотная платформа 13 устанавливается в рабочем положении. Давление платформы 13 передается на уплотнение 22 и таким образом осуществляется полная герметичность всех соединений.
После этого процесс очистки сточных вод возобновляется. Отработанная кассета фильтра 5 отправляется на регенерацию.
Таким образом, использование предложенного комбинированного центробежного сепаратора позволяет расширить диапазон использования, повысить качество очистки как за счет очистки от механических примесей, так и за счет очистки от растворенных веществ, масел и нефтепродуктов.