УСТРОЙСТВО ВВЕДЕНИЯ ФЛОКУЛЯНТА В СУСПЕНЗИЮ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД

Техническое решение относится к относится к области устройств, предназначенных для смешения, по меньшей мере, двух жидкостных потоков, предпочтительно для смешивания раствора флокулянта с потоком суспензии, и предпочтительно может быть использовано при очистке сточных вод при разделении суспензии на жидкую и твердую фазы с дальнейшим использованием твердой фазы как целевого компонента.
Известен струйный смеситель (US, патент 5993670, 1999), содержащий привод вращения, соединительную камеру и фланец, устанавливаемый на трубе с обрабатываемой суспензией. На валу привода посредством переходной втулки закреплена соединительная труба, на противоположном относительно привода конце которой закреплена распределительная головка, выходящая за пределы фланца. К соединительной камере подведена труба подачи реагента, отделенная от соединительной камеры запорным клапаном. На распределительной головке параллельно продольной оси выполнены щели, обеспечивающие подачу раствора реагента в обрабатываемую суспензию. Аналогичные щели выполнены на соединительной трубе против выхода трубы подачи реагента. Между щелями с внешней стороны головки размещены перемешивающие лопатки мешалки, предпочтительно имеющие аркообразную форму. Торец распределительной головки заглушен. Для закрепления соединительной трубы во фланце используют опорную втулку.
Недостатками известного струйного смесителя следует признать крепление соединительной трубы во фланце с использованием втулки, поскольку из-за неизбежного биения соединительной трубы происходит разгерметизация крепления, что приводит к неконтролируемому попаданию раствора реагента через щель во втулке в обрабатываемую суспензию. Биение соединительной трубы обусловлено не только неизбежными пульсациями давления в обрабатываемой суспензии, но и значительным плечом, образуемым частью соединительной трубы, расположенной в соединительной камере, передающим биение вала привода. Неконтролируемое попадание раствора реагента в обрабатываемую суспензию не позволяет оптимизировать процесс обработки суспензии.
Известно (SU, авторское свидетельство 850193, 1981) перемешивающее устройство, содержащее корпус с размещенным в нем цилиндрическим диффузором, внутри которого установлен вал с закрепленными на нем верхним и нижним всасывающими винтами. В середине диффузора имеется кольцевая щель, напротив которой на валу установлен отражатель.
Недостатками подобного рода устройств являются: разделение диффузором восходящего и нисходящего потоков, препятствующее их эффективному смешиванию, разделение отражателем объема смесителя на верхнюю и нижнюю части со слабым массообменом и наличием устойчивой стратификации смеси по плотности, отсутствие интенсивных поперечных токов в зазоре между корпусом и диффузором, ослабляющее и даже полностью устраняющее турбулентный обмен массой, импульсом и энергией. Как правило, на дне смесителя образуется осадок из тяжелых компонентов смеси.
Известен также (SU, авторское свидетельство 1011219, 1983) роторный смеситель-диспергатор, состоящий из конических статора и ротора, причем последний имеет в качестве рабочих элементов винтовые ребра такие, что в продольной плоскости сечения ротора образуются П-образные ячейки (каналы в окружном направлении). Смеситель работает в непрерывном режиме с подачей компонентов смеси на входе и выдачей готовой продукции на выходе.
К недостаткам этого смесителя следует отнести образование изолированных зон течения внутри П-образных ячеек ротора со слабым взаимным массообменом, обеднение ячеек тяжелыми компонентами смеси, которые центробежными силами сепарируются к стенке корпуса статора.
Наиболее близким аналогом назработанного устройства можно признать (RU, патент 45645, 2005) струйный смеситель, содержащий фланец крепления к трубе с обрабатываемой суспензией, средство ввода реагента и привод, причем указанные фланец крепления к трубе и привод соединены посредством камеры, через указанную камеру проходит соединительное средство, зафиксированное на валу привода, на конце которого за средством крепления к трубе установлена смесительная головка, представляющая собой цилиндр, жестко соединенный с валом привода и имеющий отверстия для протекания жидкого реагента, при этом на поверхности цилиндра выполнены щелевые отверстия для ввода реагента в суспензию, между которыми на внешней поверхности цилиндра размещены перемешивающие лопасти. При этом средство ввода реагента представляет собой трубу с диаметром меньшим, чем диаметр цилиндра, стационарно закрепленную на противоположной относительно места установки фланца стенке трубы для подачи суспензии, и, по меньшей мере, частично, входящая в цилиндр смесительной головки, соединительное средство закреплено во фланце посредством механического уплотнения, вал привода проходит через камеру до механического уплотнения и зафиксирован в камере посредством самоцентрирующегося роликового подшипника, соединительная средство зафиксировано на валу привода по всей длине камеры, а лопасти имеют скругленную форму.
Известный смеситель применительно к обработке угольного шлама работает следующим образом.
3
В трубопроводе, предназначенном для прокачивания суспензии угольного шлама, выполняют отверстия для крепления фланца смесителя, а также отверстие для распределительной головки и, напротив, отверстие для трубы, предназначенной для подачи реагента (в частности, катионный флокулянт, представляющий собой сополимер полиакриламида с мономером, содержащим четвертичный атом азота). Закрепляют на трубе для суспензии посредством крепления фланца струйный смеситель, поместив предварительно в трубу распределительную головку. Укрепляют струйный смеситель таким образом, чтобы соединительное средство (и закрепленная на нем распределительная головка) было расположено перпендикулярно поверхности трубы. На противоположной стороне трубы для суспензии вводят трубу для подачи флокулянта и закрепляют ее таким образом, что конец трубы для подачи флокулянта соосно входил в распределительную головку примерно на 5-10% ее длины. По трубе пропускают суспензию угольного шлама, содержащую 0,300 кг/дм твердой фазы. По трубе для подачи флокулянта пропускают 2% масс, раствор сополимер полиакриламида с мономером, содержащим четвертичный атом азота. Включают привод, что обуславливает приведение во вращение распределительной головки. Флокулянт вытекает из каждой щели в форме широкой полосы, в которую попадает следующая за ней в направлении, противоположном направлению вращения перемешивающая лопасть, которая растягивает флокулянт вокруг своего края как полосу тумана через суспензию. Раствор флокулянта вытекает в суспензию через щели стремительным прерывистым потоком. Щели и полосы в направлении вращения чередуются. Длина щелей и полос зависит от диаметра потока и/или распределительной головки. Направление вращения распределительной головки меняется автоматически каждые 2 минуты для предотвращения забивания шламового трубопровода и увеличения срока службы головки. Частота вращения регулируется в зависимости от объема подаваемого шлама и в преимущественном варианте составляет 1000-1200 об./мин.
Недостатком известного смесителя следует признать недостаточную степень смешения компонентов.
Техническая задача, решаемая посредством разработанойконструкции, состоит в расширении ассортимента оборудования, применяемого при переработке осадка сточных вод, предпочтительно, осадка сточных вод коммунального хозяйства.
Технический результат, применяемый при реализации разработанного устройства введения флокулянта в суспензию осадка сточных вод, состоит в ускорении смешения суспензии осадка сточных вод сточных вод и раствора флокулянта.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство введения флокулянта в суспензию осадка сточных вод разработанной конструкции. Устройство разработанной конструкции содержит трубу подвода исходной суспензии осадка сточных вод, магистраль подвода раствора флокулянта, смеситель и трубу отвода обработанной суспензии осадка сточных вод, причем трубы подвода и отвода суспензии, а также магистраль подключены к смесителю причем, согласно разработанному техническому решению, по меньшей мере, в трубе подвода исходной суспензии на входе в смеситель установлено средство ускорения потока исходной суспензии в 1,25÷1,4 раз.
Экспериментально было установлено, что время достижения полноты смешения суспензии осадка сточных вод и раствора флокулянта уменьшается при увеличении скорости потока суспензии осадка сточных вод. При этом экономически не выгодно и технически не реализуемо увеличить скорость потока по всей системе подачи суспензии осадка сточных вод. Кроме того, было отмечено, что увеличение скорости подачи менее чем 1,25 раз незначительно уменьшает время достижения полноты смешения суспензии осадка и раствора флокулянта, как и увеличение скорости подачи свыше 1,4 раза. Реально увеличение скорости зависит от концентрации раствора флокулянта, а также от его состава. Кроме того, назначительно на допустимую величину ускорения скорости потока влияют и характеристики суспензии осадка сточных вод коммунального хозяйства.
Средство ускорения потока может представлять собой конусообразное сопло или инжектор, хотя не исключены и другие варианты реализации этого конструктивного элемента, обеспечивающего ускорение потока суспензии осадка сточных вод в указанных пределах.
В предпочтительном варианте реализации смеситель подключен к трубам и магистрали посредством фланцев, что упрощает те только монтаж всей системы обработки суспензии осадка раствором флокулянта, но и замену средства ускорения потока при необходимости.
В некоторых вариантах реализации разработанной конструкции на выходе смесителя может быть установлено установлено средство уменьшения скорости потока (диффузор, разветвление потока, увеличение диаметра трубопровода и т.д.).
В некоторых вариантах реализации разработанного устройства использован струйный смеситель, известный из ближайшего аналога (RU, патент 45645, 2005) и содержащий фланец крепления к трубе с обрабатываемой суспензией, средство ввода флокулянта и привод, причем указанные фланец крепления к трубе и привод соединены посредством камеры, через указанную камеру проходит соединительное средство, зафиксированное на валу привода, на конце которого за средством крепления к трубе установлена смесительная головка, представляющая собой цилиндр, жестко соединенный с валом привода и имеющий отверстия для протекания раствора флокулянта, при этом на поверхности цилиндра выполнены щелевые отверстия для ввода флокулянта в суспензию, между которыми на внешней поверхности цилиндра размещены перемешивающие лопасти, средство ввода флокулянта представляет собой трубу с диаметром меньшим, чем диаметр цилиндра, стационарно закрепленную на противоположной относительно места установки фланца стенке трубы для подачи суспензии осадка, и, по меньшей мере, частично, входящая в цилиндр смесительной головки, соединительное средство закреплено во фланце посредством механического уплотнения, вал привода проходит через камеру до механического уплотнения и зафиксирован в камере посредством самоцентрирующегося роликового подшипника, соединительная средство зафиксировано на валу привода по всей длине камеры, а лопасти имеют скругленную форму.
Так же может быть использован струйный смеситель, также известный из ближайшего аналога (RU, патент 45645, 2005) и содержащий фланец крепления к трубе с обрабатываемой суспензией, средство ввода раствора флокулянта и привод, причем указанные фланец крепления к трубе и привод соединены посредством камеры, через указанную камеру проходит соединительное средство, зафиксированное на валу привода, на конце которого за средством крепления к трубе установлена смесительная головка, представляющая собой цилиндр, жестко соединенный с валом привода и имеющий отверстия для протекания раствора флокулянта, при этом на поверхности цилиндра выполнены щелевые отверстия для ввода раствора флокулянта в суспензию, между которыми на внешней поверхности цилиндра размещены перемешивающие лопасти, средство ввода раствора флокулянта представляет полый вал привода, проходящий через привод и соединенный за приводом с источником раствора флокулянта, соединительное средство закреплено во фланце посредством механического уплотнения, вал привода проходит через камеру до механического уплотнения и зафиксирован в камере посредством самоцентрирующегося роликового подшипника, соединительное средство зафиксировано на валу привода по всей длине камеры, а лопасти имеют скругленную форму.
Схематично разработанное устройство представлено на рисунке, при этом использованы следующие обозначения: смеситель 1, труба 2 подвода исходной суспензии осадка сточных вод, труба 3 отвода обработанной суспензии осадка сточных вод, магистраль 4 подвода раствора флокулянта, средство 5 ускорения потока исходной суспензии.
Разработанное устройство работает следующим образом.
Предварительно на модельной системе с использованием измерения оптической плотности исходной и обработанной суспензии осадка сточных вод коммунального хозяйства определили оптимальное увеличение скорости потока исходной суспензии, а также допустимые диапазоны скоростей потока исходной суспензии. Выявленный диапазон увеличения скоростей составил от 1,28 до 1,38 раза при оптимальном значении 1, 32 раза.
С использованием смесителя, у которого средство ввода раствора флокулянта представляет трубу, разработанное устройство работает следующим образом.
В трубопровод, предназначенный для прокачивания суспензии осадка сточных вод коммунального хозяйства смонтируют с использованием фланцевых соединений смеситель указанной конструкции. К смесителю посредством фланцевого соединения подключают магистраль подачи раствора флокулянта.
3
3
3
3
Содержание твердой фазы в суспензии перед обезвоживанием обычно составляет 0,100-0,600 кг/дм, в предпочтительном варианте - 0,250-0,400 кг/дм. Скорость подачи исходной суспензии до средства ускорения составляет 1,2 м/мин, после средства ускорения - 1,6 м/мин. Обработку проводят раствором полиакриламида и/или его сополимеров в анионной или катионной форме с концентрацией 0,1-0,12% масс.
Экспериментально установлено по сравнению измеренных значений величин оптической плотности исходной и обработанной суспензии, что полнота смешения суспензии осадка сточных вод и раствора флокулянта достигается за величину времени на 42-46% меньше по сравнению с использованием с ближайшим аналогом.