БЛОК ТОНКОСЛОЙНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ ЖИДКИХ СИСТЕМ
INHOMOGENEOUS LIQUID SYSTEMS THIN-LAYER SEPARATION UNIT

Изобретение касается открытых тонкослойных модульных устройств с большой рабочей поверхностью, предназначенных для непрерывного отделения взвешенных твердых частиц от жидкости путем гравитационного осаждения, и может быть использовано в очистных сооружениях городских, промышленных и хозяйственных стоков.
Открытые горизонтальные тонкослойные пластинчатые модули (ТСПМ) непрерывного действия, или проточные, чаще используют для работы по прямоточной или противоточной схеме движения очищаемой воды и осадка, определяя выбор плотностью загрязнений и возможностями конструктивного исполнения. Наиболее эффективная, осуществляемая при более высоких скоростях потока в модулях, более универсальная, но реже реализуемая перекрестная схема с перпендикулярным движением воды и осадка, встречается только в корпусных и рамочных конструкциях.
Все большую популярность приобретают ТСПМ с элементами, выполненными из неметаллических материалов, обладающих более высокой водостойкостью и стойкостью к коррозии.
Известен ТСПМ для разделения жидких неоднородных систем при очистке сточных вод, включающий разделительные пластины с продольными ребрами, выполненные из полиэтилена, размещенные в двух блоках, и трубки, размещенные рядами по краям и в середине пролета пластин, стянутые между собой посредством шпилек и траверс, при этом свободную подвеску модуля с заданным углом наклона пластин относительно горизонта обеспечивают рым-болты, а общую жесткость конструкции - специальный колпак (патент РФ 2171703, B01D 21/02, 10.08.2001).
Известный ТСПМ подвесного типа, с противоточной схемой ввода сточной воды и вывода осадка, малоэффективен, обладает невысокой производительностью, перегружен металлическими элементами.
Известен ТСПМ с противоточным движением рабочего потока жидкости и потока осадка, включающий наклонные профильные разделительные пластины, выполненные из пластмассы или оргалита, размещенные в съемном каркасе, выполненном в виде наклонного цилиндра, при этом угол наклона пластин определяет угол наклона оси его цилиндрического каркаса (РФ 2104079, B01D 21/02, 10.02.1998).
Известный ТСПМ ограничен габаритами его цилиндрического каркаса и малоэффективен.
Известен блок тонкослойного разделения неоднородных жидких систем, состоящий из неметаллических самонесущих ТСПМ, включающих наклонный модуль, содержащих прямоугольные осадочные пластины с отверстиями, дистанционные втулки, задающие угол наклона пластин и регулярный шаг между пластинами, и каркасы, включающие трубчатые штанги для размещения дистанционных втулок и осадочных пластин (РФ 2508931, B01D 21/02, 27.04.2013).
Известный блок открытого типа с противоточной схемой работы состоит из модулей, в которых осадочные пластины, дистанционные втулки и трубчатые штанги выполнены из полипропилена. Его конструкция является самонесущей настолько, насколько ее надежность могут обеспечить указанные несущие элементы из недостаточно прочного термопластичного полипропилена.
Известный блок по патенту RU 2508931 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке блока ТСПМ с перекрестной схемой движения сточной воды и осадка, способного с минимальным числом обслуживающего персонала (1-2 человека) отработать весь гарантированный срок без ремонта.
Задача решена за счет разработки сборно-разборной стеклопластиковой конструкции блока, способной сохранять работоспособность как в рабочем режиме, так и при перегрузках, вызванных нарушением расчетной скорости потока сточной воды.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении производительности и надежности работы блока, в упрощении монтажа и демонтажа и в увеличении безремонтного срока службы.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата блок тонкослойного разделения неоднородных жидких систем, состоящий из неметаллических самонесущих ТСПМ, включающих наклонный модуль, содержащих, каждый, прямоугольные равнодлинные осадочные пластины с отверстиями, дистанционные втулки, задающие угол наклона пластин и регулярный шаг между пластинами, и каркас, включающий продольные, параллельно расположенные относительно друг друга, трубчатые штанги для совместного нанизывания на них дистанционных втулок и осадочных пластин, согласно изобретению, два его модуля выполнены вертикальными, расположены в качестве крайних с обеих сторон вышеуказанного среднего наклонного модуля и состыкованы с ним трубчатыми штангами их каркасов с сохранением единых угла наклона и регулярного шага между пластинами, каркасы всех модулей снабжены прямоугольными, длиной, не менее длины гофрированных осадочных пластин, поперечными полыми опорными балками с отверстиями под штанги и канавками под фиксирующие стержни, предназначенными для мест, требующих повышенной жесткости, каркасы вертикальных модулей снабжены стойками с глухими отверстиями под штанги, выполненными в их основаниях, и с пазами под осадочные пластины, выполненными в них с учетом угла наклона упомянутых пластин и расположенными по высоте стоек с вышеуказанным регулярным шагом относительно друг друга, дистанционные втулки с длиной регулярного шага имеют на концах косые срезы под углом предполагаемого наклона осадочных пластин, гофрированные осадочные пластины с отверстиями сверху и снизу под трубчатые штанги и фиксирующие стержни имеют в наклонном модуле одинаковую высоту, а в вертикальных модулях переменную, изменяющуюся по высоте стоек от минимальной у оснований стоек до максимальной, равновеликой высоте пластин наклонного модуля, у вершин стоек, упомянутые гофрированные осадочные пластины с дистанционными втулками и опорными балками в наклонном модуле нанизаны сверху на верхние и снизу на нижние штанги и зафиксированы в совмещенных отверстиях опорных балок и штанг фиксирующими стержнями, в вертикальных модулях осадочные пластины одной стороной вставлены в пазы стоек, где зафиксированы вместе со штангами, вставленными в глухие отверстия стоек, фиксирующими стержнями, а другой стороной они с дистанционными втулками и опорными балками нанизаны на штанги и зафиксированы аналогично пластинам наклонного модуля, вертикальные модули установлены относительно наклонного с обеспечением единообразного наклонного положения их пластин с пластинами наклонного модуля и состыкованы с ним штангами так, что штанги одного вертикального модуля состыкованы с верхними, а другого - с нижними штангами наклонного модуля, при этом гофрированные осадочные пластины, дистанционные втулки, опорные балки, штанги, стойки и фиксирующие стержни выполнены из стеклопластика.
В частных случаях изобретения угол наклона осадочных пластин лежит в диапазоне углов 30-60°, а регулярный шаг между пластинами составляет 60 мм; осадочные пластины выполнены с вертикальными гофрами; гофрированные осадочные пластины, прямоугольные опорные балки и стойки выполнены из стеклопластикового пултрузионного профиля; фиксирующие стержни выполнены в виде стеклопластиковых прутков.
Отличительными от прототипа признаками заявленного блока являются следующие:
а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях:
- выполнение двух его модулей вертикальными, расположенными в качестве крайних модулей с обеих сторон среднего наклонного модуля и состыкованными с ним трубчатыми штангами их каркасов с сохранением единых угла наклона и регулярного шага между пластинами,
- снабжение каркасов всех модулей прямоугольными, длиной, не менее длины гофрированных осадочных пластин, поперечными полыми опорными балками с отверстиями под штанги и канавками под фиксирующие стержни, предназначенными для мест, требующих повышенной жесткости,
- снабжение каркасов вертикальных модулей стойками с глухими отверстиями под штанги, выполненными в их основаниях, и с пазами под осадочные пластины, выполненными в них с учетом угла наклона упомянутых пластин и расположенными по высоте стоек с вышеуказанным регулярным шагом относительно друг друга,
- наличие косых срезов под углом предполагаемого наклона осадочных пластин, на концах дистанционных втулок, имеющих длину регулярного шага,
- расположение отверстий под трубчатые штанги и фиксирующие стержни сверху и снизу на гофрированных осадочных пластинах,
- одинаковая высота гофрированных осадочных пластин в наклонном модуле,
- переменная высота осадочных пластин в вертикальных модулях, изменяющаяся по высоте стоек от минимальной у оснований стоек до максимальной, равновеликой высоте пластин наклонного модуля, у вершин стоек,
- соединение гофрированных осадочных пластин с дистанционными втулками и опорными балками в наклонном модуле посредством нанизывания их сверху на верхние и снизу на нижние штанги модуля и фиксация в совмещенных отверстиях опорных балок и штанг фиксирующими стержнями,
- установка осадочных пластин в вертикальных модулях одной стороной в пазах стоек с фиксацией фиксирующими стержнями вместе со штангами, вставленными в глухие отверстия стоек, а другой стороной - на штангах посредством нанизывания их вместе с дистанционными втулками и опорными балками и фиксация аналогично пластинам наклонного модуля,
- установка вертикальных модулей относительно наклонного с обеспечением единообразного наклонного положения их пластин с пластинами наклонного модуля и стыковка с ним штангами так, что штанги одного вертикального модуля состыкованы с верхними, а другого - с нижними штангами наклонного модуля,
- выполнение гофрированных осадочных пластин, дистанционных втулок, опорных балок, трубчатых штанг, стоек и фиксирующих стержней из стеклопластика;
б) признаки, обеспечивающие получение технического результата в частных случаях:
- угол наклона осадочных пластин лежит в диапазоне углов 30-60°, а регулярный шаг между пластинами составляет 60 мм,
- выполнение осадочных пластин с вертикальными гофрами,
- выполнение гофрированных осадочных пластин, прямоугольных опорных балок и стоек из стеклопластикового пултрузионного профиля,
- выполнение фиксирующих стержней в виде стеклопластиковых прутков.
2
В заявленном сборно-разборном блоке наличие вертикальных модулей, сопряженных с наклонным модулем, позволило сделать конструкцию блока устойчивой, не требующей дополнительной рамы или корпуса. В предложенной конструкции максимально использовано рабочее пространство, заполненное большими по размеру осадочными пластинами (примерно 5 м). Каркасы всех модулей выполнены с возможностью жесткой фиксации осадочных пластин без деформации их поверхностей, что позволило достичь оптимальных условий для эффективного процесса седиментации и повысить производительность блока. Блок выполнен из прочного, долговечного, некорродирующего, легкого по весу стеклопластика. Конструкция блока надежна и экономически эффективна, так как не требует ремонта в течение всего срока службы, она проста для монтажа и демонтажа и удобна для обслуживания.
Заявленный блок разработан как элемент очистки поверхностного стока от дисперсных примесей путем распределения низконапорного ламинарного потока очищаемой воды по блоку. Опорно-несущая конструкция блока обеспечивает его работу по перекрестной схеме.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен заявленный блок, вид сбоку; на фиг. 2 - вертикальный модуль, вид сбоку, виды А, Б, В; на фиг. 3 - наклонный модуль, вид сбоку, виды А, Б, В; на фиг. 4 показаны пластины: а) наклонного модуля; б) вертикального модуля; на фиг. 5 представлена дистанционная втулка, виды: а) спереди, б) сбоку; на фиг. 6 - трубчатая штанга; на фиг. 7 - опорная балка; на фиг. 8 - стойка, виды: а) спереди, б) сбоку.
Блок тонкослойного разделения неоднородных жидких систем содержит устройства для ввода и вывода жидкости и удаления осадка (не показаны), средний наклонный модуль 1 и два крайних вертикальных модуля 2 и 3, расположенных по одному с обеих сторон модуля 1 (фиг. 1). Вертикальные модули 2 и 3 имеют одинаковую конструкцию, и далее при описании конструкции
и сборки вертикального модуля на чертежах использована ссылка на модуль 2 (фиг. 2).
Модули 1-3 содержат равнодлинные, прямоугольные гофрированные осадочные пластины 4 и 5, при этом модуль 1 (фиг. 3) содержит пластины 4 постоянной высоты, а модули 2 и 3 (фиг. 2) - пластины 5, высота которых от расчетной минимальной изменяется от пластины к пластине с регулярным шагом до достижения высоты пластин 4 модуля 1.
Каждый из модулей 1-3 содержит дистанционные втулки 6 и каркас, включающий продольные трубчатые штанги 7, поперечные опорные балки 8 и фиксирующие стержни 9, причем каркасы модулей 2 и 3 дополнительно содержат стойки 10.
Осадочные пластины 4 и 5 выполнены с вертикальными гофрами 11 (фиг. 4). Пластины 4 модуля 1 сверху и снизу по их длине имеют сквозные отверстия 12 под штанги 7. Пластины 5 вертикальных модулей 2 и 3 с одной стороны имеют сквозные отверстия 13 под фиксирующие стержни 9, с другой - отверстия 14 под штанги 7, аналогичные отверстиям 12 пластин 4.
Дистанционные втулки 6 задают пластинам 4 и 5 угол наклона и регулярный шаг между ними. Втулки 6 выполнены в виде трубок с внутренним диаметром, соответствующим наружному диаметру штанг 7, и с концами, одинаково кососрезанными под задаваемым ими углом наклона осадочных пластин (фиг. 5).
Трубчатые штанги 7 предназначены удерживать края пластин 4 и 5. В каждой штанге 7 выполнены сквозные отверстия 15 под фиксирующие стержни 9 (фиг. 6).
Опорные балки 8 предназначены для достижения необходимой повышенной жесткости конструкции модуля путем их перекрестного пересечения со штангами 7. Балки 8 имеют прямоугольное сечение и длину, не менее длины пластин 4 и 5. В каждой балке 8 выполнены сквозные отверстия 16 под штанги 7 и продольные канавки 17 под фиксирующий стержень 9 (фиг. 7).
Стойки 10 полого прямоугольного сечения предназначены удерживать верхние края пластин 5 в заданном наклонном положении, для чего вдоль каждой стойки 10 с регулярным шагом, заданным втулками 6, выполнены наклонные пазы 18. Внизу каждой стойки 9 выполнено глухое отверстие 19 под штангу 7 (фиг. 8).
Фиксирующие стержни 9 выполнены в виде прутков.
Все перечисленные элементы модулей выполнены из стеклопластика, при этом осадочные пластины 4 и 5, втулки 6, штанги 7, опорные балки 8 и стойки 10 выполнены из стеклопластикового пултрузионного профиля, фиксирующие стержни 9 выполнены в виде стеклопластиковых прутков.
Число и размеры пластин, количество отверстий в них и, связанные с ними, количества стоек и штанг определяют в зависимости от размеров очистного блока и объема поступающих сточных вод.
Сборку наклонного модуля 1 начинают со сборки каркаса, для чего на каждую из штанг 7, взятых по числу отверстий 12, расположенных вверху и внизу пластины 4, надевают опорную балку 8 и фиксируют соединение стержнем 9, пропустив его через совмещенные отверстия 15 и 16 штанги 7 и балки 8, соответственно, при этом нижнее соединение фиксируют со смещением относительно верхнего соединения на длину проекции наклонной пластины 4.Затем на каждую штангу 7 надевают дистанционную втулку 6, после чего надевают пластину 4 сначала на верхние штанги 7, затем на нижние, пропуская их через ее отверстия 12 сверху и снизу. Далее сборку повторяют, надевая и фиксируя на штангах 7 опорные балки 8, нанизывая дистанционные втулки 6 и пластины 4. Заканчивают сборку установкой и фиксацией балок 8 по окончании нанизывания последней пластины 4.
Сборку вертикального модуля 2 начинают со сборки каркаса, для чего штанги 7 вставляют в глухие отверстия 19 стоек 10, после этого на штанги 7 надевают сначала втулки 6 до упора в стойки 10, затем опорные балки 8 до упора во втулки 6, совмещая отверстия 15 штанг 7 с отверстиями 16 балок 8, и фиксируют положение фиксирующими стержнями 9, пропущенными через канавки 17 балок 8. Далее, на штанги 7 нанизывают пластину 5 наименьшей высоты, используя ее отверстия 14. Противоположную сторону пластины 5 вставляют в наклонные пазы 18 стоек 10, расположенные у оснований стоек 9. После этого пластины 5 с возрастающей высотой нанизывают на штанги 7 попарно с втулками и вставляют в пазы 18 стоек 10. Перед установкой последней пластины 5 с высотой, равной высоте пластин наклонного модуля, а также перед установкой пластин 5 в местах, требующих повышенной жесткости, на штанги 7 надевают опорные балки 8, как описано выше, и фиксируют их фиксирующими стержнями 9. После установки последней пластины 5 фиксируют положение всех пластин 5 и штанг 7 в стойках 10 путем пропускания фиксирующих стержней 9 через отверстия 13 в пластинах 5.
Готовые вертикальные модули 2 и 3 стыкуют с наклонным модулем 1 с обеспечением единообразного наклонного положения их пластин 5 с пластинами 4. Для сохранения регулярности шага между пластинами при стыковке модулей на штангах 7 за последними пластинами 4 и 5 предусмотрены выступы на половину регулярного шага.
Работа блока тонкослойного разделения неоднородных жидких систем заключается в следующем:
Сточная вода после механической очистки и перед подачей на фильтры поступает в желоб очистного сооружения с установленным в нем заявленным блоком тонкослойного разделения открытого типа. Вода поступает через распределительные каналы, выполненные в боковой стенке желоба для снижения ее скорости до нормативной, составляющей 2-10 мм/с, и для равномерного распределения по ширине желоба. Вода проходит через наклонные пластины 4 и 5. Осадок, касаясь поверхности пластин 4 и 5, сползает вниз под пластины 4 и 5 в бункерную часть желоба, накапливается и удаляется. Всплывающая фракция концентрируется на поверхности воды и тоже удаляется.
Заявленный блок изготавливают на намоточном, пултрузионном и прессовочном оборудовании производства стеклопластиковых изделий.