УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И ОЧИСТКИ СТОКОВ И СУСПЕНЗИЙ
APPARATUS FOR DEHYDRATION AND TREATMENT OF EFFLUENT AND SUSPENSIONS

Устройство относится к области очистки стоков и обезвоживания органических веществ, минеральных растворов и суспензий. Может быть использовано в горнодобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве.
Известно устройство [Инженерная экология и экологический менеджмент / Под. ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина. М.: - Логос, 2004 г., 518 с.], в котором очистка осуществляется за счет подачи коагулянта или флокулянта под давлением с последующим барботажом стоков и коагулянта (фигура 1).
Устройство содержит:
Трубу (1) для подачи самотеком неочищенных стоков;
Сетку (2) для фильтрации крупнодисперсных частиц;
Емкость (3) для хранения коагулянта или флокулянта;
Компрессор (7) для подачи коагулянта или флокулянта под давлением;
Распылительную фурсунку (8);
Барботажную камеру (4);
Сетку с коагулировавшими мелкодисперсными частицами (5);
Трубу для отвода очищенных стоков (6).
Устройство работает следующим образом.
Неочищенные стоки подаются в барботажную камеру, куда под давлением через распылительную форсунку подается коагулянт или флокулянт. Неочищенные стоки и коагулянт за счет турбулентности потока перемешиваются в барботажной камере. Размеры частиц за счет коагуляции увеличиваются и выпадают в осадок на сетку 7. Через малые отверстия в сетке очищенная вода уходит. После накопления коагулировавших частиц сетка вынимается и осадок подвергается химической обработке для извлечения полезных компонентов. Очищаются частицы с радиусом до 1 мкм. Эффективность очистки до 95%.
Недостаток способа
Затраты электрической энергии на работу нагнетающего коагулянт компрессора. На 1 кг стоков, поступающих на барботаж за 1 сек, необходимо подать 1 кг раствора коагулянта (флокулянта). На этот процесс компрессор требует 11 Вт, а за 1 час - 40000 Вт/час или 40 кВт, т.е. за 1 час работы устройства расходуется 40 кВт/час электроэнергии стоимостью порядка 120 рублей. Кроме того, в общие затраты необходимо учесть стоимость компрессора и работы по подводке линии электропередач или стоимость дизельной электрической станции и топлива.
Предлагаемое устройство показано на фигуре 2.
Устройство для очистки сточных вод и суспензий состоит из:
1
1. Трубы (1) сечением s для подачи самотеком неочищенных стоков;
2. Сетки (2) для фильтрации крупнодисперсных частиц;
3. Емкости (3) для хранения коагулянта или флокулянта;
2
4. Барботажной камеры (4) с резким сужением сечения трубы до величины s;
5. Профильной сетки (5) для дополнительного барботажа и осаждения коагулированных мелкодисперсных частиц;
6. Трубы (6) для отвода очищенных стоков.
Устройство для очистки стоков и суспензий работает следующим образом.
1
2
1
1
1
2
1
2
1
1
2
1
1
<mrow><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mfrac><mrow><mtext>ρ</mtext><msubsup><mi>ϑ</mi><mtext>1</mtext><mtext>2</mtext></msubsup></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>3</mn></mrow>
3
Неочищенные стоки подаются по трубе (1) сечением s. Крупнодисперсные частицы фильтруются сеткой (2). Коагулянт или флокулянт самотеком подается в барботажную камеру (4) из емкости (3). В барботажной камере в месте подачи коагулянта или флокулянта сделано резкое сужение сечения трубы до величины S<S. Пусть давление стоков в подводящей трубе (1) P=1 aт, а скорость потока υ. Из уравнения непрерывности следует, что в месте сужения трубы и подачи коагулянта или флокулянта скорость потока возрастает до величины υ=(S/S) υ. Из уравнения Бернули следует, что в данном месте уменьшается давление до величины
. Например, для плотности стока ρ=1050 кг/м, υ=2 м/с и
в месте сужения трубы образуется вакуум с давлением Р=0,24 ат. То есть коагулянт или флокулянт подается самотеком. Здесь ламинарное течение стоков переходит в турбулентное, и происходит интенсивный барботаж с коагуляцией загрязняющих сток мелкодисперсных частиц. Затем барботажная камера расширяется до первоначального сечения S с понижением скорости потока до υ, и на профильной сетке (5) реализуется дополнительный барботаж и гравитационное осаждение коагулированных частиц.
Задача, на решение которой направлено данное устройство - это повышение экономической эффективности очистки стоков и их обезвоживания за счет исключения из устройства компрессора и затрат энергии на его работу.
Отличия и особенности устройства заключаются в том, что подача коагулянта или флокулянта осуществляется без энергетических затрат, без затрат на дополнительное оборудование (компрессор), а только лишь за счет разницы давления при сужении участка трубы, что приводит при турбулентном движении неочищенных стоков к увеличению поверхности контакта стоков коагулянта или флокулянта. Увеличение поверхности контакта стоков коагулянта и флокулянта позволяет быстрее дестабилизировать химическую структуру стоков, что приводит к более быстрому их обезвоживанию. Увеличение времени взаимодействия стоков и коагулянта на задерживающем профиле приводит к более эффективной очистке стоков.
Технический результат достигается путем сужения проводящей трубы для неочищенных стоков и подсоса коагулянта или флокулянта самотеком за счет падения давления в суженной части трубы, в связи с чем упрощается и ускоряется процесс обезвоживания, повышается экономическая эффективность технологического процесса.