Способ и установка для обработки воды
METHOD AND MACHINE FOR PROCESSING WATER

Изобретение относится к области очистки воды, технологических жидкостей, смазочно-охлаждающих жидкостей, моющих растворов от содержащихся в них взвешенных примесей и может быть использовано на станциях водоподготовки и промышленных производствах.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений является способ обработки воды (патент РФ 2475457.
Способ и установка для обработки воды), включающий:
- осуществление непрерывного измерения исходной концентрации загрязнений в воде до ее поступления в обработку;
- непрерывное получение на основании указанного измерения количества коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количества балласта и флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции;
- введение загрязненной воды в зону коагуляции;
- подачу коагулянта в соответствии с заданным количеством;
- перемещение воды с коагулированными загрязнениями в зону флокуляции;
- подачу в зону флокуляции дисперсного балласта и флокулянта в заданном количестве для обеспечения формирования хлопьев;
- осуществление непрерывного измерения концентрации балласта в смеси, находящейся в зоне флокуляции;
- пополнение зоны флокуляции балластом, когда концентрация балласта, фактически находящегося в установке, ниже заданной концентрации балласта;
- перемещение смеси воды с хлопьями, сформированными на предыдущей стадии, в зону осаждения для осаждения хлопьев в полочном устройстве;
- отделение обработанной воды в верхней части зоны осаждения от смеси осадка и балласта, полученной в результате осаждения хлопьев;
- извлечение смеси осадка и балласта из нижней части зоны осаждения и направление этой смеси на гидроциклонное разделение осадка и балласта;
- рециркуляцию продукта, выходящего из нижнего слива на стадии гидроциклонного разделения, в зону флокуляции;
- перемещение осадка, выходящего из верхнего слива на стадии гидроциклонного разделения, в резервуар для хранения;
- осуществление непрерывного измерения остаточной концентрации загрязнений в воде после ее обработки,
принятый за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится следующее.
Во-первых, в известном способе обработки воды при определении необходимого количества коагулянта по результатам непрерывного измерения исходной концентрации загрязнений в воде до ее поступления в обработку не учитывается следующее. В случае, когда исходная концентрация загрязнений в воде будет меньше заданной, экспериментально определяемой величины, процесс коагуляции загрязнений будет проходить замедленно, так как уменьшится количество соударений между мицеллами (частицами загрязнений, содержащих двойной заряженный слой). В свою очередь, уменьшение количества соударений снизит вероятность коагулирования (слипания мицелл вследствие нейтрализации двойного электрического слоя на их поверхности). В итоге замедление процесса коагуляции приведет к тому, что в воде будет оставаться большое количество исходных взвешенных примесей, поэтому эффективность процесса очистки воды от взвешенных примесей останется невысокой.
Во-вторых, определение необходимого количества коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количества флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции, только по результатам измерения исходной концентрации загрязнений в воде до ее поступления в обработку приводит к тому, что под действием внешних факторов (изменение температуры очищаемой воды на разных стадиях ее обработки, неточная работа дозаторов коагулянта и флокулянта и т.п.) фактическое количество данных реагентов, необходимых для обеспечения заданного качества очистки воды, будет отличаться от расчетного. В результате этого после процесса обработки качество очищенной воды не будет соответствовать заданному, а значит, процесс очистки воды будет неэффективным.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является установка для обработки воды (там же, патент РФ 2475457), содержащая:
- резервуар, снабженный смесителем для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;
- флокуляционный резервуар, снабженный мешалкой;
- полочный резервуар-отстойник, содержащий сифонную перегородку, устройство для соскребания осадка и выходной канал для обработанной воды;
- гидроциклон;
- резервуар для хранения осадка, выходящего из верхнего слива гидроциклона;
- трубопровод, соединяющий нижнюю часть резервуара-отстойника с гидроциклоном;
- трубопровод, соединяющий верхний слив гидроциклона с резервуаром для хранения осадка;
- трубопровод для рециркуляции осадка из резервуара для хранения;
- автоматическое устройство дозированной подачи коагулянта;
- автоматическое устройство пополнения балласта;
- автоматическое устройство дозированной подачи флокулянта;
- первый датчик, предназначенный для непрерывного измерения концентрации загрязнений в воде, поступающей в установку;
- второй датчик, установленный во флокуляционном резервуаре и осуществляющий непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, проходящей через указанный резервуар;
- третий датчик, предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке;
- вычислительное устройство, соединенное с автоматическими устройствами для дозированной подачи коагулянта, балласта и флокулянта и обеспечивающее непрерывное определение по измерениям, сделанным первым и вторым датчиками, количества коагулянта, балласта и флокулянта, которое необходимо ввести в соответствующие резервуары,
принятая за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится следующее.
Во-первых, в известном устройстве отсутствует возможность регулирования исходной концентрации загрязнений в воде, поступающей в обработку. Это связано с тем, что трубопровод для рециркуляции осадка из резервуара для хранения не соединен с резервуаром для смешивания воды с коагулянтом. Поэтому в том случае, когда исходная концентрация загрязнений будет меньше заданной, экспериментально определяемой величины, процесс коагуляции загрязнений будет проходить замедленно, что приведет к снижению эффективности процесса очистки воды от взвешенных загрязнений.
Во-вторых, в известном устройстве третий датчик, предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке, используют только для фиксации фактически достигнутых в процессе очистки параметров качества воды (например, остаточной концентрации загрязнений). Если же достигнутые параметры качества воды не соответствуют заданным, то изменить настройки в работе установки для очистки воды в известном устройстве невозможно, так как третий датчик не связан с вычислительным устройством, управляющим работой установки. В результате чего эффективность очистки воды в известной установке будет невысокой.
Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности процесса очистки воды от взвешенных примесей.
Поставленная задача решается предлагаемой группой изобретений.
Заявляется:
Способ обработки воды, включающий:
- непрерывное измерение исходной концентрации загрязнений в воде до ее поступления в обработку;
- непрерывное получение на основании указанного измерения количества коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количества балласта и флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции;
- введение загрязненной воды в зону коагуляции;
- подачу коагулянта в соответствии с заданным количеством;
- перемещение воды с коагулированными загрязнениями в зону флокуляции;
- подачу в зону флокуляции балласта и флокулянта в заданном количестве для обеспечения формирования хлопьев;
- осуществление непрерывного измерения концентрации балласта в смеси, находящейся в зоне флокуляции;
- пополнение зоны флокуляции балластом, когда концентрация балласта, фактически находящегося в установке, ниже заданной концентрации балласта;
- перемещение смеси воды с хлопьями, сформированными на предыдущей стадии, в зону осаждения для осаждения хлопьев в полочном устройстве;
- отделение обработанной воды в верхней части зоны осаждения от смеси осадка и балласта, полученной в результате осаждения хлопьев;
- извлечение смеси осадка и балласта из нижней части зоны осаждения и направление этой смеси на гидроциклонное разделение осадка и балласта;
- рециркуляцию продукта, выходящего из нижнего слива на стадии гидроциклонного разделения, в зону флокуляции;
- перемещение осадка, выходящего из верхнего слива на стадии гидроциклонного разделения, в резервуар для хранения;
- осуществление непрерывного измерения остаточной концентрации загрязнений в воде после ее обработки.
В отличие от прототипа:
- осуществляют рециркуляцию осадка из резервуара для хранения в зону коагуляции, если исходная концентрация загрязнений в воде до ее поступления в обработку ниже заданной величины;
- по результатам непрерывного измерения остаточной концентрации загрязнений в воде после ее обработки изменяют количество коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количество флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции, если остаточная концентрация загрязнений в воде после ее обработки выше заданной величины.
Также заявляется:
Установка для обработки воды, включающая:
- резервуар, снабженный смесителем для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;
- флокуляционный резервуар, снабженный мешалкой;
- полочный резервуар-отстойник, содержащий сифонную перегородку, устройство для соскребания осадка и выходной канал для обработанной воды;
- гидроциклон;
- резервуар для хранения осадка, выходящего из верхнего слива гидроциклона;
- трубопровод, соединяющий нижнюю часть резервуара-отстойника с гидроциклоном;
- трубопровод, соединяющий верхний слив гидроциклона с резервуаром для хранения осадка;
- трубопровод для рециркуляции осадка из резервуара для хранения;
- автоматическое устройство дозированной подачи коагулянта;
- автоматическое устройство пополнения балласта;
- автоматическое устройство дозированной подачи флокулянта;
- первый датчик, предназначенный для непрерывного измерения концентрации загрязнений в воде, поступающей в установку;
- второй датчик, установленный во флокуляционном резервуаре и осуществляющий непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, проходящей через указанный резервуар;
- третий датчик, предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке;
- вычислительное устройство, соединенное с автоматическими устройствами для дозированной подачи коагулянта, балласта и флокулянта и обеспечивающее непрерывное определение по измерениям, сделанным первым и вторым датчиками, количества коагулянта, балласта и флокулянта, которое необходимо ввести в соответствующие резервуары
В отличие от прототипа:
- трубопровод для рециркуляции осадка из резервуара для хранения соединен с резервуаром для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;
- третий датчик, предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке, соединен с вычислительным устройством.
Устройство, реализующее заявленный способ очистки воды от взвешенных примесей, представлено на фигуре.
Устройство включает:
- резервуар 1, снабженный смесителем 2 для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;
- флокуляционный резервуар 3, снабженный мешалкой 4;
- полочный резервуар-отстойник 5, содержащий сифонную перегородку 6, устройство для соскребания осадка 7 и выходной канал 8 для обработанной воды;
- гидроциклон 9;
- резервуар 10 для хранения осадка, выходящего из верхнего слива гидроциклона 9;
- трубопровод 11, соединяющий нижнюю часть резервуара-отстойника 5 с гидроциклоном 9;
- трубопровод 12, соединяющий верхний слив гидроциклона 9 с резервуаром 10 для хранения осадка;
- трубопровод 13 для рециркуляции осадка из резервуара для хранения 10, соединенный с резервуаром 1 для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;
- автоматическое устройство 14 дозированной подачи коагулянта;
- автоматическое устройство 15 пополнения балласта;
- автоматическое устройство 16 дозированной подачи флокулянта;
- первый датчик 17, предназначенный для непрерывного измерения концентрации загрязнений в воде, поступающей в установку;
- второй датчик 18, установленный во флокуляционном резервуаре и осуществляющий непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, проходящей через указанный резервуар;
- третий датчик 19, предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке;
- вычислительное устройство 20, соединенное с автоматическими устройствами 14, 15, 16 для дозированной подачи коагулянта, балласта и флокулянта и обеспечивающее непрерывное определение по измерениям, сделанным первым 17, вторым 18 и третьим 19 датчиками, количества коагулянта, балласта и флокулянта, которое необходимо ввести в соответствующие резервуары;
- насос 21 для перекачки смеси осадка и балласта из нижней части резервуара-отстойника 5 по трубопроводу 11 в гидроциклон 9.
Представленная установка позволяет осуществить способ обработки воды следующим образом.
Перед поступлением очищаемой воды в обработку датчиком 17 измеряют исходную концентрацию загрязнений. На основании результатов замера в вычислительном устройстве 20 определяют количество коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количество балласта и флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции.
Затем вводят загрязненную воду в резервуар 1. С помощью автоматического устройства 14 подают в резервуар 1 коагулянт в соответствии с заданным количеством и перемешивают смесителем 2.
Далее перемещают воду с коагулированными загрязнениями во флокуляционный резервуар 3, подают в него с помощью автоматических устройств 15 и 16 балласт и флокулянт в заданном количестве и перемешивают мешалкой 4 для формирования хлопьев.
С помощью датчика 18 осуществляют непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, находящейся в зоне флокуляции. Если концентрация балласта, фактически находящегося в установке, ниже заданной концентрации балласта, то пополняют флокуляционный резервуар 3 балластом с помощью автоматического устройства 15.
Затем перемещают смесь воды с хлопьями, сформированными на стадии флокуляции, через сифонную перегородку 6 в полочный резервуар-отстойник 5 для осаждения хлопьев на его полках и дне.
Далее выводят очищенную воду из установки через выходной канал 8, расположенный в верхней части резервуара-отстойника 5.
В процессе осаждения загрязнений устройством 7 соскребают смесь осадка и балласта в нижнюю часть резервуара-отстойника 5, периодически перекачивают эту смесь с помощью насоса 21 по трубопроводу 11 в гидроциклон 9 для разделения осадка и балласта.
После гидроциклонного разделения продукт (вторичный балласт), выходящий из нижнего слива гидроциклона 9, направляют во флокуляционный резервуар 3, а осадок, выходящий из верхнего слива гидроциклона 9 перемещают по трубопроводу 12 в резервуар для хранения 10.
Если исходная концентрация загрязнений в воде, измеренная датчиком 17 до ее поступления в обработку, ниже заданной величины, то для восстановления заданного уровня концентрации загрязнений по трубопроводу 13 осуществляют рециркуляцию осадка из резервуара для хранения 10 в зону коагуляции 1. Поддержание уровня исходной концентрации загрязнений позволяет стабилизировать процесс коагуляции, а значит, повысить эффективность очистки воды.
В процессе очистки воды датчиком 19 непрерывно измеряют остаточную концентрацию загрязнений в воде после ее обработки. Если остаточная концентрация загрязнений в воде после ее обработки выше заданной величины, то по результатам замера вычислительное устройство 20 изменяет количество коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количество флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции, таким образом, чтобы обеспечить заданное качество очищаемой воды. В результате этого эффективность очистки воды повышается.