ОСВЕТЛИТЕЛЬ ПРИРОДНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области отделения взвешенных твердых веществ от жидкостей, а именно, к снижению карбонатной жесткости природных вод путем выделения карбоната кальция, гидроксида магния и сопутствующих коллоидных загрязнений, в том числе, железа в результате обработки воды известкованием, коагуляцией, флокуляцией с осаждением взвеси в осветлителях со слоем взвешенного осадка.
Известен осветлитель природных вод, выполненный в виде корпуса с патрубками для введения исходной воды и вывода осветленной воды. В нижней части корпус оснащен устройством для распределения реагентов, направляемых снизу вверх. Корпус над устройством для распределения реагентов выполнен с вертикальными и горизонтальными, оснащенными окнами, успокоительными перегородками. (См. патент US 5770078, МПК кл. B 01 D 21/00, с приоритетом 04.10.96, опубл. 23.06.98).
Недостатками известного осветлителя являются невысокие производительность и эффективность осветления, обусловленные разрушением сформировавшихся центров коагуляции и хлопьев от контакта с многочисленными перегородочными элементами при движении воды снизу вверх в зоне осветления, что предотвращает возможность быстрого формирования стабильного взвешенного слоя контактной среды с оптимальными параметрами.
Известен осветлитель, содержащий цилиндроконический корпус, коаксиально расположенную в нем встроенную цилиндроконическую камеру, трубопроводы подачи исходной осветляемой воды и подачи реагентов, отвода осветленной воды и осадка, тонкослойные элементы, расположенные в верхней части корпуса, кольцевой лоток, расположенный над тонкослойными элементами и соединенный с трубопроводом отвода
осветленной воды, эжектор, установленный по вертикальной оси корпуса и состоящий из входной камеры, камеры смешения и диффузора, и осадкоуплотнитель с коническим днищем, перфорированным коллектором, расположенным в его верхней части и системой трубопроводов подачи осадка во входную камеру эжектора; встроенная камера осветлителя разделена на две части, верхнюю - воздухоотделитель, соединенную с трубопроводом подачи осветляемой воды и снабженную системой элементов для равномерного выделения из исходной осветляемой воды воздуха и нисходящим трубопроводом дегазированной воды, снабженным соплом, расположенным во входной камере эжектора; в нижней части встроенной камеры расположен осадкоуплотнитель с перепускными устройствами, перфорированный коллектор осадкоуплотнителя снабжен трубопроводом осветленной воды с запорно-регулирующей арматурой, соединенным с закрытым кольцевым лотком, оснащенным системой сбора осветленной воды в виде радиально расположенных труб с перфорацией в их нижней части. Эжектор расположен ниже осадкоуплотнителя, диффузором вниз, а его входная камера оснащена не менее, чем двумя окнами, трубопровод подачи реагентов соединен с входной камерой эжектора. В осветлителе ниже перепускных устройств осадкоуплотнителя смонтированы дополнительные тонкослойные элементы, а входная камера эжектора снабжена восемью окнами, к четырем из которых подведены трубопроводы подачи осадка из осадкоуплотнителя, а к одному или более -трубопроводы подачи реагентов. (См. патент RU на полезную модель №38634, МПК B 01D 21/02, C 02 F 1/52, с приоритетом 4.03.2004 г., опубл. 10.07.2004 г., Б.И. №19, часть IV, 2004 г.).
Недостатками известного осветлителя являются: невысокая производительность и сложность процесса осветления, конструктивно обусловленные наличием 2-х систем тонкослойного осветления - верхней и нижней; наличие последней, т.е. нижней, при известковании воды теряет
смысл, так как она не работает; недостаточно высокая степень очистки из-за неполного процесса известкования при наличии одного патрубка для введения воды в смеситель.
Известен осветлитель природных вод, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, состоящий из цилиндроконического корпуса с успокоительными вертикальными и горизонтальными перегородками, трубопроводом подачи исходной воды, сборным лотком осветленной воды, патрубком для отведения осветленной воды и шлама; в корпусе коаксиально и последовательно один под другим размещены воздухоотделитель и шламоуплотнитель, а цилиндроконический смеситель, гидравлически сообщен с корпусом осветлителя и размещен непосредственно под ним; тангенциальный патрубок для подачи от воздухоотделителя деаэрированной воды, оснащенный регулирующим устройством, размещен в днище цилиндроконического смесителя и сообщен с нисходящим трубопроводом воздухоотделителя. Осветлитель оснащен патрубками для введения реагентов - извести и коагулянта, установленными в днище смесителя, и патрубком для ведения флокулянта, установленным в осветлителе, над смесителем. (См. «Водоподготовка в энергетике», Москва, 2003 г., Издательство МЭИ, Копылов А.С. и др., стр.73-77).
Недостатком известного осветлителя является невысокая степень очистки воды и невысокая производительность, обусловленные недостаточно высокой интенсивностью смешения при подаче деаэрированной воды одним тангенциальным патрубком (и, следовательно, одним потоком) в полое пространство цилиндроконического смесителя, где контакт воды с реагентами недостаточно эффективен, поскольку создается только за счет тангенциального введения потока; следствием вышесказанного является малая скорость осаждения взвеси и низкая концентрация твердой фазы слоя взвешенного осадка.
По воспроизведенным данным при наличии в исходной воде 670-700 мкг/л железа, содержание его в очищенной воде снизилось до 390-604 мкг/л; производительность процесса, характеризующаяся условной скоростью свободного осаждения взвеси в контактной среде, составляет 1,5-2,5 мм/с.
Техническим результатом предлагаемого осветлителя природных вод является повышение степени их очистки и повышение производительности осветлителя.
Технический результат достигается тем, что в осветлителе природных вод, состоящем из цилиндроконического корпуса с вертикальными и горизонтальными перегородками, трубопроводом подачи исходной воды, патрубком введения реагентов, сборным лотком осветленной воды и патрубками для отведения осветленной воды и шлама, коаксиально и последовательно размещенными в корпусе один над другим воздухоотделителя, шламоуплотнителя и цилиндроконического смесителя, гидравлически сообщенного с корпусом осветлителя, размещенного непосредственно под ним и снабженного тангенциальным патрубком для введения деаэрированной воды, сообщенным с опускным трубопроводом воздухоотделителя, и размещенным в днище смесителя, внутренняя поверхность цилиндроконического смесителя по окружности снабжена струенаправляющими винтовыми пластинами, смонтированными над патрубком введения деаэрированной воды с постоянным шагом между пластинами, углом их наклона, равным 30-70° и высотой, составляющей 0,05-0,15 диаметра смесителя, при этом осветлитель дополнительно оснащен вторым тангенциальным патрубком для введения деаэрированной воды, расположенным на диаметрально противоположной стороне цилиндроконического смесителя, непосредственно над струенаправляющими винтовыми пластинами.
На фиг.1 представлен осветлитель природных вод.
На фиг.2, представлен осветлитель для очистки природных вод, разрез по А-А на фиг.1.
Осветлитель природных вод состоит из цилиндроконического корпуса 1 с успокоительными вертикальными 2 и горизонтальными 3 перегородками, трубопроводом подачи исходной воды 4, коаксиально и последоватльно установленных в корпусе 1 воздухоотделителя 5, шламоуплотнителя 6 с окнами 7 и гидравлически сообщенного с корпусом 1 и размещенного непосредственно под ним цилиндроконического смесителя 8, с установленным в днище 9 цилиндроконического смесителя 8 тангенциальным патрубком для введения деаэрированной воды 10, сообщенным с опускным трубопроводом с регулирующим устройством 11 воздухоотделителя 5, сборным лотком осветленной воды 12, патрубком для отведения осветленной воды 13, и патрубком для выпуска шлама 14.
Внутренняя поверхность цилиндроконического смесителя 8 снабжена по окружности струенаправляющими винтовыми пластинами 15, смонтированными над тангенциальным патрубком для введения деаэрированной воды 10 с постоянным шагом между пластинами 15, углом их наклона, равным 30-70°, и высотой, составляющей 0,05 - 0,15 диаметра окружности цилиндроконического смесителя 8.
Осветлитель дополнительно оснащен вторым тангенциальным патрубком для введения деаэрированной воды 16, расположенным на диаметрально противоположной стороне цилиндроконического смесителя 8,- непосредственно над струенаправляющими пластинами 15.
Для ввода реагентов - извести и коагулянта служат радиальные патрубки 17 и 18 соответственно, установленные в смесителе 8, а для ввода флокулянта-патрубок 19, установленный над смесителем 8, в осветлителе.
Осветлитель природных вод работает следующим образом:
Исходную, осветляемую воду подают по трубопроводу 4 в воздухоотделитель 5 цилиндроконического корпуса 1, где она
освобождается от газообразных веществ, а затем по опускному трубопроводу 11 попадает в днище 9 цилиндроконического смесителя 8 и в верхнюю цилиндрическую часть смесителя 8 двумя потоками через тангенциальное патрубки для введения деаэрированной воды 10 и 16 соответственно. Расход потока, подаваемого через патрубок 10, задают регулирующим устройством опускного трубопровода 11.
Практически одновременно с подачей деаэрированной воды через тангенциальный патрубок 10, через радиальные патрубки 17 и 18 подают полную дозу извести и коагулянта соответственно.
Приданное воде тангенциальным патрубком 10 вращательное движение, получает дополнительный импульс от винтовых струенаправляющих пластин 15, благодаря чему в движение вовлекается и водная масса в центрально-осевой части цилиндроконического смесителя 8.
Постоянный шаг между струенаправляющими винтовыми пластинами 15, угол их наклона, равный 30 - 70°, и высота, составляющая 0,05 - 0,15 диаметра цилиндроконического смесителя 8, способствуют наиболее полному протеканию реакции за счет интенсивного смешения осветляемой воды с реагентами, обеспечиваемому вращательным импульсом потока, подаваемого в днище 9 смесителя 8. Образованная в таких условиях взвесь хорошо структурирована и содержит, в основном, крупные хлопья.
При параметрах пластин, меньше минимальных значений указанных интервалов - менее 0,05 диаметра и угле наклона менее 30°, вращательный импульс потока ослабевает, и интенсивность смешения уменьшается.
При параметрах пластин, превышающих максимальные значения -более 0,15 диаметра и угле наклона более 70°, поток теряет периферийную скорость из-за появления при указанных параметрах локальных сопротивлений, препятствующих равномерности процессов смешения деаэрированной воды с реагентами, и образования зародышевых структур.
Воздействие винтовых струенаправляющих пластин 15 способствует интенсивному перемешиванию воды и реагентов, ускорению их химического взаимодействия с растворенными в воде веществами и формированию взвеси в виде хлопьев. В значительной мере, этому же способствует и то, что осуществляют подачу второго потока воды с дозированным в него коагулянтом - сернокислым железом - через тангенциальный патрубок для введения деаэрированной воды 16, размещенный на диаметрально противоположной стороне цилиндроконического смесителя 8, непосредственно над струенаправляющими винтовыми пластинами 15, навстречу первому потоку, подаваемому через тангенциальный патрубок для введения деаэрированной воды 10. Кроме того, такой подачей второго потока, а также вертикальными перегородками 2 и горизонтальной, решетчатой перегородкой 3 гасят вращательное движение первого потока, оставляя преимущественно восходящую составляющую общего движения обрабатываемой воды. На этой стадии процесса осветления в корпус 1 осветлителя через радиальный патрубок 19 подается флокулянт - раствор ПАА. Процесс образования, увеличения размеров, эффективного структурирования и задержания хлопьев протекает на всем пути движения воды через контактную среду, которую образует выделяющийся из воды шлам, поддерживаемый во взвешенном состоянии восходящим потоком воды. Избыток непрерывно образующегося шлама через шламоприемные окна 7 поступает в шламоуплотнитель 6 и выводится через патрубок 14 из корпуса 1 осветлителя. Осветленная вода собирается в сборный лоток 12 в верхней части корпуса 1 осветлителя, откуда она выводится через патрубок для отведения осветленной воды 13.
Тангенциальные патрубки для введения деаэрированной воды могут быть выполнены с возможностью изменения проходного сечения.
Только совокупность таких признаков, как оснащение смесительной камеры винтовыми струенаправляющими пластинами, их расположение и
параметры, наличие второго патрубка для введения очищаемой воды и его расположение обеспечивает достижение технического результата -повышение степени очистки воды и производительности осветлителя.
Предложенный осветлитель природных вод обеспечивает снижение содержания в воде железа с 670-700 до 300-410 мкг/л, в то время как известный осветлитель обеспечивает снижение содержания в воде железа - с 670-700 до 390-604 мкг/л.
Предложенный осветлитель обеспечивает повышение производительности, находящейся в корреляционной связи с условной скоростью стесненного осаждения взвеси, до 2,0-3,5 мм/с, по сравнению с известным, у которого указанная скорость - 1,5-2,5 мм/с.