СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к реагентной очистке природных вод, более конкретно - к смешению реагентов с водой поверхностных источников на очистных сооружениях водопровода.
Известен смеситель, содержащий корпус, внутри которого установлены перегородки, наличие которых вызывает завихрение потоков воды. Во входной камере смесителя непосредственно перед первой перегородкой расположены патрубки для подачи реагента в обрабатываемую воду [1].
Такой смеситель работает недостаточно эффективно вследствие того, что при расходах воды меньше расчетных не обеспечивается достаточная турбулизация потока и ухудшается эффект смешения.
Известен смеситель, имеющий корпус, входную камеру, перегородки, патрубки для подачи и отвода воды, центральный стакан с расположенной внутри него пропеллерной мешалкой, а также присоединенный к стакану патрубок для подвода реагента. Центральный стакан не имеет днища и установлен на опорах, что позволяет обеспечить рециркуляцию коагулируемой воды [2].
Это устройство обеспечивает хорошее качество смешения реагента с водой и высокую скорость агломерации примесей воды (хлопьеобразования) при изменении расходов в широких пределах за счет возможности регулирования частоты вращения мешалки и рециркуляции части потока коагулируемой воды в центральный стакан, однако энергоемкость процесса при этом значительно возрастает.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение эффективного смешения реагентов с водой при относительно низких затратах энергии. Для достижения этого технического результата в смеситель, содержащий корпус, патрубки для подачи и отвода воды, входную камеру, перегородки и патрубок для подачи реагента, дополнительно введено водоподъемное устройство, всасывающий патрубок которого находится в потоке воды непосредственно перед патрубком отвода воды, а напорный патрубок водоподъемного устройства присоединен к рециркуляционному трубопроводу, слив которого расположен над установленной во входной камере смесителя контактной камерой, представляющей собой открытый короб с насыпной контактной загрузкой из инертного материала, при этом днище короба выполнено перфорированным и находится над днищем входной камеры.
На чертеже изображен продольный разрез предлагаемого смесителя (фиг. 1). Смеситель содержит корпус 1, вертикально установленные перегородки 2, патрубок 3 подачи воды и патрубок 4 отвода воды, входную камеру 5, в которой установлена контактная камера 6 с насыпной загрузкой 7 из инертного материала (щебень, гравий и т.п.). Контактная камера имеет перфорированное днище 8, которое удерживает контактную загрузку в статическом положении. Днище 8 контактной камеры расположено над днищем 9 входной камеры. Во входной камере 5 также расположен патрубок 10 для подвода реагента (коагулянта). В смеситель дополнительно введено водоподъемное устройство 11 (насос, эрлифт и т.п.), всасывающий патрубок 12 которого погружен в воду в последней камере перед патрубком отвода воды 4, а напорный патрубок 13 водоподъемного устройства 11 соединен с рециркуляционным трубопроводом 14, слив 15 которого расположен над контактной камерой 6. Смеситель работает следующим образом. Обрабатываемая вода под некоторым напором подается по патрубку 3 во входную камеру 5 смесителя, где смешивается с реагентом, подача которого осуществляется через патрубок 10. Далее поток со свободной поверхностью (самотеком) движется между перегородками 2, вызывающими изменение направления движения потока и местные повышения скорости при поворотах. Все это создает завихрение и турбулентность потока, что способствует смешению воды с реагентом.
Часть расхода обработанной реагентом воды забирается водоподъемным устройством 11, подается в рециркуляционный трубопровод 14 и через слив 15 поступает в контактную камеру 6. За счет контактной коагуляции, происходящей в толще загрузки 7, ускоряется процесс агломерации частиц примесей воды с образованием крупных и прочных агрегатов, хорошо осаждающихся при последующем отстаивании. Выходящий из днища 8 камеры 6 рециркуляционный поток перемешивается с потоком исходной воды, вытекающим из патрубка 3. Крупные агрегаты взвеси (хлопья) рециркуляционного потока начинают сорбировать на себя мелкие взвешенные частицы исходной воды, осуществляя процесс коагуляции во входной камере 5 еще до ввода реагента через патрубок 10.
Интенсификация процесса агломерации мелких частиц примесей воды в предлагаемом смесителе обеспечивает улучшение последующей очистки воды отстаиванием и/или фильтрованием.
Сравнительные лабораторные испытания прототипа [2] и предлагаемого смесителя производились на природной воде с содержанием взвеси 23,0 мг/л, которая обрабатывалась коагулянтом - раствором сернокислого алюминия с дозой 22,0 мг/л. После смешения с реагентом вода отстаивалась в стеклянных цилиндрах емкостью 1 л каждый в течение 2 часов. Пробы отстоянной (осветленной) воды отбирались из верхней части цилиндров и анализировались на содержание взвешенных веществ. Эффект осветления определялся по формуле
,
0
где С и С - соответственно содержание взвешенных веществ в исходной (не обработанной воде реагентом) и отстоянной воде, мг/л.
0
3
Расход воды Q, подаваемый на смеситель, составлял 5 м/ч.
Технические характеристики прототипа [2]:
ширина
- 200 мм
высота
- 400 мм
длина
- 400 мм
диаметр центрального стакана
- 120 мм
мощность пропеллерной мешалки
- 10 Вт.
Технические характеристики предлагаемого устройства:
ширина
- 150 мм
высота
- 400 мм
длина
- 600 мм
количество перегородок
- 4
водоподъемное устройство
- лабораторный насос
подача насоса Q<sub>в</sub>
- 0,5 м<sup>3</sup>/ч
потребляемая мощность насоса
- 4 Вт.
размеры контактной камеры (l×b×h)
- 80×80×400 мм
контактная загрузка
- гранитный щебень крупностью 5-7 мм.
Высота загрузки в контактной камере изменялась в разных сериях экспериментов по пяти вариантам от 100 до 320 мм.
Время контакта загрузки с рециркуляционным потоком коагулированной воды определялось по формуле
,
где l и b - длина и ширина контактной камеры;
h - высота контактной камеры;
в
Q - расход рециркуляционного (возвратного) потока.
Данные по эффективности отстаивания воды, обработанной в смесителе - прототипе [2] (контроль) и в контактной камере предложенного смесителя при различных вариантах времени контакта рециркуляционного потока коагулируемой воды с загрузкой приведены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели качества осветленной воды
Контроль
Время контакта, с, по вариантам
5,0
8,0
10,0
13,0
16,0
Взвешенные вещества, мг/л
6,9
6,7
6,2
5,7
5,3
5,3
Эффект отстаивания, %
70,0
70,9
73,0
75,2
76,9
76,9
Как следует из таблицы 1, применение смесителя с водоподъемным устройством и контактной камерой во всех сериях экспериментов привело к улучшению эффекта удаления взвешенных веществ отстаиванием при снижении энергозатрат на смешение воды с реагентом.
Источники информации:
1. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений. Том 2. Очистка и кондиционирование природных вод. - М.: АСВ, 2010.
2. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. - М.: Изд-во МГУ, 2003.