МНОГОЦЕЛЕВОЙ СИСТЕМНО-ИНТЕГРИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ОЧИСТКИ БОЛЬШИХ ОБЪЕМОВ ОБОРОТНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области очистки оборотных вод и может быть применено на предприятиях с металлообрабатывающим производством, химической и пищевой промышленности, наибольшая эффективность обеспечивается в металлургии при очистки больших объемов вод.
Известны комплексы, где многоступенчатая очистка ТЖ использует очистители разных типов. Чаще всего в комплексах использовано последовательное соединение очистителей. В ряде случаев используется и параллельное соединение [см. Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1984].
Известен бак-отстойник [см. описание к патенту РФ 2216381], содержащий емкость; цепной транспортер со скребками, закрепленными на внешней его стороне; магнитные стержни, состоящие из постоянных магнитов, расположенных перпендикулярно дну бака-отстойника, с возможностью их периодического извлечения из СОЖ; эжектор для насыщения очищаемой жидкости атмосферным воздухом; вращающийся маслосъемный барабан для удаления масляной пленки и пены. Все операции выполняются в общем объеме бака, в том числе наполнение отработанной СОЖ и хранение очищенной.
К недостаткам известной технологии можно отнести следующее: ограничен набор очистителей (магнитный сепаратор и маслосъемный барабан); очистители изготавливаются на основе расчетной производительности, и конструктивная переналадка для целей усовершенствования очистителя и выбора показателей очистки в ходе эксплуатации не предусмотрена.
Наиболее близким изобретению рассматривается устройство для удаления масла с поверхности водных сред по патенту РФ 2226505, содержащее емкость для размещения очищаемой водной среды; две траверсы, установленные с возможностью вертикального перемещения относительно емкости; вертикальные патроны, установленные головной частью с зазором в сквозных отверстиях
верхней траверсы; устройство содержит шламосъемник с манжетами, скрепленный с нижней приводной траверсой и охватывающие патроны; средство для сбора масла в виде приводного подводимого конвейера.
Использование патронных очистителей позволяет достичь высоких показателей по степени и производительности очистки. Вместе с тем, в изобретении по патенту 2226505 недостаточно использованы возможности унификации средств и приемов очистки.
Техническая задача полезной модели заключается в повышении степени и тонкости очистки сточных и оборотных вод; снижении капитальных затрат на изготовление и монтаж оборудования; уменьшении габаритов и занимаемых площадей за счет применения патронных очистителей с развитой поверхностью разделения фаз.
Поставленная техническая задача решена заявляемой полезной моделью.
Многоцелевой системно-интегрированный комплекс очистки больших объемов оборотных вод, содержащий траверсы, установленные на емкости с возможностью вертикального перемещения; вертикальные патроны, установленные головной частью с зазором в отверстиях верхней траверсы; шламосъемник с манжетами, охватывающими патроны, скрепленный с нижней приводной траверсой, и средство для сбора отходов в виде приводного подводимого конвейера, отличается тем, что комплекс состоит из четырех параллельных модулей очистки, соединенных с единым входным патрубком подачи очищаемой оборотной воды и единым выходным патрубком очищенной воды, причем каждый модуль характеризуется наличием отдельной емкости; в первой емкости последовательно установлены два кассетных патронных магнитных сепаратора; общая для всех модулей группа, включающая тонкослойный гравитационный очиститель, кассетный патронный адгезионный сепаратор, маслосъемный барабан; и последние в емкости два блочных комплекта для размещения резервного кассетного патронного фильтра; во второй емкости последовательно установлены два кассетных патронных магнитных сепаратора, выполненных с возможностью размещения дополнительного числа магнитных патронов, вышеуказанная общая группа, и последние в емкости два кассетных патронных фильтра; третья и четвертая емкости содержат идентичные средства
очистки и характеризуются тем, что в них последовательно установлены два кассетных патронных магнитных сепаратора, выполненных с возможностью размещения дополнительного числа магнитных патронов, вышеуказанная общая группа, и два блочных комплекта для размещения резервного кассетного патронного фильтра, причем упомянутый блочный комплект включает приводную траверсу, установленную на емкости с возможностью вертикального перемещения, и отделенный перегородкой коллектор из труб, укрепленных на придонной перегородке; в каждом модуле в емкости со стороны входного патрубка установлен эжектор.
Указанные кассетные патронные магнитный и адгезионный сепараторы содержат верхнюю и нижнюю приводную траверсы, установленные на емкости с возможностью вертикального перемещения; вертикальные патроны, сгруппированные в виде кассет, установленные на верхней траверсе; шламосъемник с манжетами, охватывающими патроны, скрепленный с нижней приводной траверсой, и средство для сбора отходов в виде приводного подводимого конвейера.
Кассетный патронный фильтр является дополнительным к блочному комплекту и содержит вертикальные фильтровальные патроны, сгруппированные в виде кассет, установленные на приводной траверсе.
Тонкослойный гравитационный очиститель содержит приводную траверсу, установленную на емкости с возможностью вертикального перемещения, на которой укреплен пакет горизонтальных пластин в виде секторов, снабженных шламосъемными скребками, закрепленными на общей оси и имеющими общий привод.
Приводные траверсы, установленные на емкости с возможностью вертикального перемещения имеют единый унифицированный установочный типоразмер для обеспечения монтажа любого из указанных кассетных патронных сепараторов и/или фильтров и/или тонкослойного гравитационного очистителя и их перегруппировки и/или замены.
В качестве приводных механизмов комплекса используются электродвигатели.
Схема многоцелевого системно-интегрированного комплекса очистки
больших объемов оборотных вод изображена на фигуре 1. Направление потока показано стрелками. Эскиз компоновки комплекса в каждом модуле представлен на фигуре 2. На фигуре 3 представлен отдельный эскиз компоновки одного модуля. На фигуре 4 показаны сравнительные зависимости качества очистки с использованием заявленного комплекса и с использованием известных технологий очистки в соотношениями с затратами на сооружения очистки
В емкости первого модуля последовательно установлены: два кассетных магнитных сепаратора 1, общая для всех модулей группа, состоящая из тонкослойного гравитационного очистителя 2, кассетного патронного адгезионного сепаратора 3 и маслосъемного барабана 4, и последние в емкости два блочных комплекта 5 для размещения резервного кассетного патронного фильтра, отделенные перегородкой 6.
В емкости второго модуля (см. фигуру 3) последовательно установлены: два кассетных магнитных сепаратора 7, обличающихся от магнитных сепараторов первого модуля тем, что в них предусмотрена возможность дополнительной установки кассет с магнитными патронами, общая для всех модулей группа, состоящая из тонкослойного гравитационного очистителя 2, кассетного патронного адгезионного сепаратора 3 и маслосъемного барабана 4, и последние в емкости два кассетных патронных фильтра 8, отделенные перегородкой 6.
В емкости третьего и четвертого модулей последовательно установлены: два кассетных магнитных сепаратора 7, выполненных с возможностью дополнительной установки кассет с магнитными патронами, аналогичных сепараторам второго модуля; общая для всех модулей группа, состоящая из тонкослойного гравитационного очистителя 2, кассетного патронного адгезионного сепаратора 3 и маслосъемного барабана 4, и два блочных комплекта 5 для размещения резервного кассетного патронного фильтра, отделенные перегородкой 6: в каждом модуле в емкости со стороны входного патрубка установлен эжектор 9.
Кассетный магнитный сепаратор 1 содержит две траверсы с возможностью вертикального перемещения относительно емкости по четырем стойкам, на верхней траверсе находятся две секции, каждая из которых содержит две кассеты с цилиндрическими вертикальными магнитными патронами, на нижней
приводной тpaверсе находится шламосъемник, манжеты которого охватывают патроны. Шлам из зоны очистки транспортируется приводным подводимым конвейером (позиция на фигурах не показана) с приводом (см. патент РФ 2207912).
Кассетный магнитный сепаратор 7 во всех остальных модулях аналогичен, описанному выше, за исключением того, что вместо двух кассет в одной секции установлена одна кассета для возможности дополнительной установки кассет с магнитными патронами. Это резервное число патронов достаточно для того, чтобы стабильно поддерживать высокую степень очистки от магнитного шлама в случае существенного увеличения магнитных загрязнений в очищаемой воде.
Тонкослойный гравитационный очиститель 2 состоит из набора горизонтальных пластин в виде секторов и скребков, закрепленных на общей оси и имеющих общий привод для очистки пластин от накопившего шлама.
Кассетный патронный адгезионный сепаратор 3 содержит верхнюю и нижнюю приводную траверсы с возможностью вертикального перемещения относительно емкости по четырем стойкам, совокупность цилиндрических вертикальных патронов; поверхность которых является осадительной для масла. С нижней приводной траверсой жестко скреплен шламосъемник, манжеты которого охватывают патроны. Масло из зоны очистки транспортируется приводным подводимым конвейером (см. описание магнитного сепаратора по патенту РФ 2226505).
Блочный комплект 5 для размещения, при необходимости, кассетного патронного фильтра 8 включает приводную траверсу и отделенный перегородкой 6 коллектор 10 из труб, укрепленных на придонной перегородке. Исполнение блочного комплекта необходимо для резервирования операции очистки на заключительной стадии с помощью фильтровальных патронов, которые входят в комплект поставки интегрированного технологического модуля очистки. При этом фильтровальные материалы имеют разное назначение. Данный комплект предусмотрен для принятия оперативных решений по улучшению качества очистки.
Кассетный патронный фильтр 8 дополнительно к блочному комплекту 5 содержит фильтровальные вертикальные цилиндрические патроны,
сгруппированные и закрепленные посредством балки (на фигуре не показано), принадлежащей приводной траверсе, установленной с возможностью вертикального перемещения при ремонте, профилактических работах и пр. Патроны выполнены полыми в виде двух концентрично расположенных перфорированных стаканов, между которыми размещен насыпной фильтровальный материал; в качестве насыпки может быть применен гранулированный активированный уголь, или катиониты, или аниониты, или порошковый опал - кристобаллит, или опока. При использовании патронных фильтров кассета с патронами опускается вниз, и патроны надеваются на трубы, через которые выводится очищенная вода (аналогичное техническое решение оформлено самостоятельной заявкой РФ 2005111280).
Научные исследования и опыт проектирования очистителей создали обоснованное представление о зависимости между достижыми показателями по качеству очистки «ε» и затратами «С» (см. фигура 4). Заявляемый комплекс в его полном составе содержит такое предельное количество очистителей всех указанных типов, когда дальнейшее увеличение их числа не приведет к заметному изменению качества очистки.
Общее количество очистителей сгруппировано в виде четырех модулей комплекса, целесообразность которых основывается на удобстве изготовления, монтажа, размещения и эксплуатации емкостей; на удобстве установки кассет с патронами на траверсах; ремонте, профилактике, перегруппировке кассет с патронами; учитываются виды используемых приводов для приводных траверс, подводимых конвейеров и драг.
Благодаря унификации типоразмеров объем всего комплекса можно представить состоящим из равновеликих объемов, а заменяющие эти объемы очистители разных типов как элементарные структурные единицы позволяют осуществлять их произвольную перегруппировку в соответствии с требуемыми технологиями очистки без замены общей структуры комплекса. Это свойство характеризует заявляемый комплекс как многоцелевой системно-интегрированный.
Базовым элементом и последней ступенью структурирования комплекса очистки является вертикальный цилиндрический патрон, сходный по
2
2
конструктивным параметрам и обеспечивающий разные виды очистки. Патронные очистители характеризуются по сравнению с другими очистителями многократно увеличенной поверхностью разделения фаз. Для оценки преимущества кассетных патронных очистителей при высоте патронов, например, 1 м, сравним: ленточный фильтр имеет плоскую разделительную поверхность, например, 2 м; на такой же площади патронный сепаратор имеет разделительную поверхность 250-300 м.
Работа комплекса осуществляется следующим образом.
Каждый модуль, входящий в комплекс, имеет автономные привода, также как и привода очистных устройств, составляющие данный модуль; все они работают независимо друг от друга, по своему циклу. Вода из входного патрубка равномерно распределяется между четырьмя модуля, проходя через которые очищается и соединяется на выходе в единый патрубок. Эжектор 9, установленный в каждом модуле в емкости со стороны входного патрубка насыщает воду воздухом для осуществления процесса флотации. Далее вода направляется в магнитные сепараторы 1 и 7, где ферромагнитные примеси притягиваются к рабочим поверхностям магнитных патронов. Для очистки патронов от налипших на них загрязнений используется шламосъемник. Крупные твердые неметаллические фракции, не удаленные из воды магнитными патронами, оседают на дне емкости, откуда удаляются донным конвейером.
Затем вода поступает в тонкослойный гравитационный очиститель 2, где шлам оседает на горизонтальные пластины за счет сил гравитации. Для удаления накопившегося шлама используются скребки, предварительно воду спуская из гравитационного очиститель; счищенный шлам попадает на донный конвейер. Перед тонкослойным гравитационным очистителем предусмотрено устройство для распределения потока с целью обеспечения ламинарного движения жидкости.
Для удаления масляной пленки и частиц масла из водной среды используется адгезионный сепаратор 3, на патронах которого пленка поверхностного масла осаждается тонким слоем и таким образом выводятся из очищаемого объема. Частицы масла, не завершившие еще подъем на поверхность среды, обладая свойством коалесценции, прилипают к пленке масла на патронах. После подъема патронов нижняя приводная траверса опускается и шламосъемник с манжетами
счищает масло вниз с поверхности патронов в подводимый лоток, откуда оно направляется в специальную емкость.
Маслосъемный барабан 4 снимает пленку на поверхности. Масло скребком сбрасывается в поперечный конвейер, который транслирует масляную пленку в специальную емкость.
При использовании кассетного патронного фильтра 8 вода проходит через фильтровальный слой внутрь патронов и очищенная поступает в коллекторы, а затем в выходной патрубок.
Регенерация фильтровальных патронов происходит без их съема путем изменения направления тока воды, которая очищает фильтровальный материал в патронах, а затем направляется для очистки на специальный модуль очистки.
Блочный комплект 5 для резервного кассетного патронного фильтра 8 позволяет повысить степень и тонкость очистки, если необходимо, за счет установки кассет с патронами, наполняемые различными фильтровальными материалами в любой заданной последовательности при единой конструкции. Такой очиститель обеспечивает очистку практически от всех известных загрязнителей в виде смесей, растворов, взвесей и прочего. Степень очистки примерно 99.9%. Патронные очистители характеризуются по сравнению с другими очистителями многократно увеличенной поверхностью разделения фаз, высокой производительностью очистки, простотой обслуживания. Динамические узлы расположены вне емкости. Кассетное исполнение позволяет быстро снимать с процесса патроны и заменять кассеты практически без остановки процесса очистки. Регенерация фильтровальных, патронов происходит без их съема путем изменения направления тока воды, которая очищает фильтровальный материал в патронах, а затем направляется для очистки на специальный модуль.
В заявляемом комплексе установка четырех модулей и сочетание различных очистителей в них неслучайна, это сделано на основе большего производственного опыта и расчетов, кроме того, одна большая емкость потребует для своего изготовления более прочного материала и ее возможно будет сложнее разместить в производстве.
Преимущества заявляемого комплекса состоит в том, что если один из очистителей выйдет из строя, комплекс продолжит очищать воду, практически с
неизменной степенью очистки. Покажем это в следующем расчете. Пусть
Σ
1
2
n
ε=1-(1-ε)(1-ε)...(1-ε).
где n - количество различных очистителей.
Предположим, что используется в комплексе три очистителя с степенью очистки равной 0.8, тогда степень очистки всего комплекса получится из расчета:
ε=1-(1-0.8)(1-0.8)(1-0.8)=0.992.
При более низкой степени очистки стоимость очистителя становится ниже (см. фигуру 4), таким образом используя заявляемый комплекс, можно при более низкой стоимости обеспечивать высокую степень очистки и надежность работы всего комплекса в целом.