Комбинированный сепаратор
COMBINED SEPARATOR

Предлагаемое устройство относится к аппаратам для очистки промышленных сточных вод от загрязняющих веществ и может быть использова6но в машиностроении, приборостроении, нефтехимии, строительной индустрии и других отраслях промышленности для очистки производственных вод от взвешенных и растворенных загрязнителей.
Известны устройства для очистки промышленных сточных вод от загрязняющих веществ и они имеют различные диапазоны применения. Для очистки от взвешенных веществ используют механические методы - отстаивание, центробежное разделение - фильтрацию, физико-химические методы - флотацию
Коагуляцию и др. Для очистки от растворенных веществ применяют реагентные методы, ионный обмен и др. Все эти процессы реализуются в различных устройствах. В реальных условиях сточные воды содержат загрязняющие вещества различного агрегатного состояния - как взвешенные компоненты, так и растворенные вещества. Поэтому приходится для очистки создавать системы из нескольких последовательных аппаратов очистки. Например, фирма «Кащукава Кечио» разработала схему (см. кн. «Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков». Учебн. Пособие / Д.А. Кривошеин, П.П. Кукин, В.Л. Лапин и др. - М. Высшая школа. 2003 - 344 с., рис. 6.26, стр. 195) в которой установлены последовательно несколько устройств (механический фильтр с антрацитовой загрузкой, сорбционный угольный фильтр, далее катионитный и анионитный фильтры, причем, таких линий две, одна из которых работает в режиме очистки, а другая в режиме регенерации.
В работе (Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т. 2 - Калуга. Изд. Н. Бочкаревой. 2003 - 884 с) приводится схема (рис. 9.6, 9.7, стр. 138, 139) в которых с указанием ряда последовательных устройств (механические, сорбционные и ионнообменные аппараты). Все приведенные схемы систем очистки сточных вод содержат большое количество устройств и аппаратов, являются материалоемкими, энергозатратными и занимают значительные производственные площади.
Известны устройства, в которых реализуются несколько факторов очистки. Например, в устройстве по а.с. №785203 «Устройство для очистки сточных вод». Бюл. №45 от 07.12.80 г. В одном аппарате осуществляется центробежное разделение, фильтрация и флотация. Однако, в таком устройстве растворенные загрязнители не задерживаются и для их очистки необходим еще один агрегат.
Известно устройство (патент №158792 на полезную модель, бюл. №2 от 20.01.2016 г.), в котором реализуется центробежное разделение и очистка от взвешенных веществ и сорбция твердым поглотителем с непрерывной регенерацией сорбента. Данное устройство принято нами за прототип. Недостатками прототипа следующие. Во-первых, наличие отгибов стенки спирального канала в области прорезей увеличивает гидравлическое сопротивление тракта и турбулизирует поток жидкости, ухудшая центробежную сепарацию.
Во-вторых, подвижная камера, заполненная ионнообменными гранулами, позволяет очищать воду от растворенных загрязнителей только одного вида (соответственно, катионов или анионов) в зависимости от вида гранулированной засыпки (катионита или анионита). Для катионитов регенерирующим раствором является кислота, а для анионитов - щелочнрй раствор. Если засыпка будет состоять из смеси гранул анионита и катионита, то весь состав будет только одноразового употребления, что существенно удорожает весь процесс очистки воды. В случае прямого использования прототипа с засыпкой одного вида, для очистки от загрязнителей противоположного по знаку вида, необходимо всю установку переналаживать, менять засыпку в подвижной камере и повторять весь цикл очистки, что снижает в два раза производительность процесса.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое устройство - повышение качества очистки, расширение диапазона использования и увеличение производительности процесса очистки.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для очистки сточных вод, содержащем спиральный канал прямоугольного сечения, выполненный в виде конуса вершиной с отводящим патрубком вниз, имеющее подвижные прорези на внешней стороне спирали и подвижную камеру на выходе отводящего канала, заполненную ионообменными гранулами, внутри спирального канала, перед подвижными пластинами с прорезями расположена ограничительная пластина, эквидистантная стенке спирали и образующая конфузорный канал перед прорезью, а на выходе отводящего канала имеются две подвижные камеры, заполненные ионообменными гранулами (анионитом в одной и катионитом в другой) с устройством регенерации, при этом две подвижные камеры, заполненные анионитом и катионитом, могут вращаться с различными скоростями и регулирование скоростей обеспечивается торовым вариатором.
Предлагаемое устройство представлено на:
Фиг. 1 - общий вид устройства,
Фиг. 2 - сечение А-А (привод с торовым вариатором),
Фиг. 3 - вид I (прорезь для отвода шлама и ограничительная пластина).
Фиг. 4 - конфузрный пристеночный канал.
1 - патрубок отвода шлама
2 - спиральный канал прямоугольного сечения
3 - общий канал отвода шлама
4 - патрубок подвода исходной загрязненной воды
5 - патрубок отвода воды из спирального канала
6 - патрубок для раствора №1
7 - подвижная камера (камера 1)
8 - ионообменные гранулы
9 - патрубок
10 - червячное колесо
11 - червяк на червячном колесе
12 - патрубок
13 - червяк на червячном колесе
14 - червячное колесо
15 - патрубок
16 - подвижная камера
17 - ионообменные гранулы
18 - патрубок для раствора №2
19 - привод
20 - пружина
21 - торовое колесо
22 - сателлит
23 - рычаг регулирования
24 - ведомое торовое колесо
25 - пружина
26 - ограничительная пластина
27 - подвижная пластина
28 - коническая шестерня
29 - коническая шестерня
Комбинированный сепаратор предоставляет собой спиральный канал прямоугольного сечения 2, выполненный в виде конуса вершиной вниз. В верхней части канала 2 расположен патрубок подвода исходной загрязненной воды 4. В нижней части конического канала 2 находится патрубок 5 отвода воды из спирального канала. На внешней стороне спирального канала 2 находится несколько подвижных пластин 27 с прорезью, расположенных по длине гидравлического тракта на каждом витке спирали. Перед прорезью установлена ограничительная пластина 26, эквидистантная стенка спирали и образующая конфузорный канал перед прорезью. Все окна с прорезью объединены в общий канал отвода шлама 3, который оканчивается патрубком отвода шлама 1.
Под патрубком отвода воды 5 расположены подвижные камера 7 (камера 1) и камера 16 (камера 2) одна над другой, с вертикальной осью вращения. Внутри камер 7 и 16 имеется гранулированная засупка из ионообменного материала. В одном из них находится состав 1 (анионит 8), а в другом состав 2 (катионит 17). Засыпка в подвижных камерах сверху и снизу ограничивается непровальными сетками. Подвижные камеры 7 и 16 приводятся во вращение от внешнего привода 19. Вращение от привода 19 передается через торовые колеса 21 и 24 с коническими зубьями, конические шестерни 28 и 29. Передача вращения от торового колеса 21 к торовому колесу 24 осуществляется через сателлит 22, положение которого определяется регулировочным рычагом 23. Необходимый контакт торовых колес 21 и 24 с коническими шестернями 29 и 28 и сателлитом 22 обеспечивается пружиной №1-20 и пружиной №2-25. Вращение от конических шестерен 28 и 29 передается на соответствующие червяки 11 и 13, которые вращают червячные колеса 10 и 14 связанные с камерами 7 и 16. Соосно с патрубком отвода 5, под подвижными камерами 7 и 16 расположен патрубок отвода очищенной воды 12. Диаметрально противоположно патрубкам5 и 12, над каждой камерой 7 и 16 расположены патрубки подачи регенерирующих растворов 6 и 18. Патрубок 6 для раствора №1и патрубок 18 для подачи раствора №2. Под каждой подвижной камерой имеются патрубки отвода регенерирующих растворов - соответственно под патрубком 6 находится патрубок 9 для раствора №1, а под патрубком 18 для раствора №2. Выбор регенерирующих растворов определяется составом ионообменного материала, находящегося в подвижных камерах 7 и 16. Если в камере 7 находится засыпка из анионита, то регенерирующим раствором №1 должен быть щелочной состав, и, соответственно, если в камере 16 находится засыпка из катионита, то реагирующий раствор №2 должен быть кислый состав.
Комбинированный сепаратор работает следующим образом. Производится настройка и регулирование элементов и режимов работы сепаратора, исходя из анализа вида и состава загрязняющих компонентов в исходной очищенной воде. Регулирование спирального канала 2 базируется на составе и исходной концентрации взвешенных и веществ в очищенной воде общем расходе жидкости. В зависимости от этих параметров регулируется положение прорезей вместе с подвижной пластиной 27. Регулируется и скорость движения жидкости в спиральном канале, путем дросселирования во входном патрубке 4.
1
2
В зависимости от химсостава и концентрации загрязняющих растворенных веществ выбирается гранулированная засыпка для подвижных камер 7 и 16 (соответственно анионит 8 и катионит 17). В зависимости от изотерм ионообменной сорбции каждого ионита выбирается скорость вращения подвижных камер 7 и 16, которая будет обеспечивать полное использование ионообменной емкости каждого ионита. Исходя из концентрации каждого загрязнителя и изотерм сорбции выбирается необходимая скорость вращения каждой подвижной камеры 7 и 16. Необходимые скорости вращения подвижных камер 7 и 16 могут быть различными, поэтому используя рычаг регулирования 23 можно обеспечить нужную скорость. Передаточное отношение между ведущим колесом 21 и ведомым колесом 24 определяется отношением диаметров Д и Д. Выбранный торовый вариатор может обеспечить бесступенчатое регулирование камер 7 и 16 в диапазоне от 0.4 до 2.5. Таким образом, после настройки комбинированного сепаратора происходит очистка загрязненной жидкости, сначала осуществляется отделение от взвешенных веществ в спиральном канале 2, за счет центробежных сил. Частицы загрязнителя отбрасываются к стенке камеры и в виде слоя сгущенного шлама движутся по стенке канала. Слой сгущенного шлама попадает в зону 26. За счет конфузорности в этой зоне скорость жидкости возрастает и слой шлама, достигая прорези на пластинке 27отводится в канал отвода шлама 3 и удаляется через патрубок 1. Подобный процесс происходит на каждом витке спирального канала 2. Очищенная от взвешенных веществ вода через патрубок 5 сливается в подвижную камеру 7, и проходит через ионообменные гранулы 8 (состав №1), где реализуется ионный обмен, причем, при вращении камеры 7 используются новые порции ионообменных гранул. Когда используются гранулы, заполняющие половину длины подвижной камеры 7, они попадают в зону действия патрубка 6 подачи регенерирующего раствора №1 и происходит процесс десорбции, ионообменные гранулы очищаются и восстанавливается их ионообменная емкость. После этого гранулы 8, за счет движения подвижной камеры 7 опять попадают в зону патрубка 5 и весь процесс ионного обмена и регенерации повторяется. Вода, пройдя слой ионита в подвижной камере 7, попадает в зону ионита 17 (состава №2), находящегося в подвижной камере 16, в которой повторяется такой - же процесс ионного обмена в гранулах состава №2 и регенерация в зоне подачи раствора №2 через патрубок 18. Далее полностью очищенная вода от взвешенных частиц и растворенных веществ, через патрубок 12 отводится потребителю.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет в одном аппарате реализовать несколько различных процессов очистки - центробежное разделение с непрерывным удалением шлама, ионообменное поглощение растворенных компонентов различного состава с одновременной регенерацией ионообменных гранул и регулирование режимов работы устройства в широком диапазоне параметров, что позволяет повысить качество очистки, расширить диапазон использования и увеличить производительность процесса.