Устройство для смешения коагулята с водой

Полезная модель относится к области водоподготовки природных и сточных вод и может быть использована для приготовления растворов коагулянтов.
Известно распределительное устройство коагулянта для водоподготовки (патент RU № 2652706, B01F 3/00, C02F 1/52), содержащее лучераспределитель, образованный из радиально расположенных перфорированных отверстиями трубок. Отверстия направлены вдоль поступающего в часть ёмкости потока воды.
Недостатком данного устройства является техническое решение, связанное с расположением между отверстиями выступающих крючкообразные планок, загнутых вдоль потока воды под углом к нему, образующих гребни, каждый из которых расположен над соответствующим отверстием с возможностью отражать часть воды на подаваемый из этого отверстия коагулянт. В следствии чего, эффект смешения на каждом участке подачи коагулянта будет неравномерным по всему объему обрабатываемой воды. При этом требуется дополнительное оборудование для дозирования коагулянта. Также перфорированная трубка в виде лучераспределителя, вызывает существенное гидродинамическое сопротивление потоку обрабатываемой воды.
Известно устройство центробежной очистки (патент RU № 193 149, B01D 21/01, B01D 21/08,B01D 21/26,C02F 1/52), состоящее из корпуса с горизонтальной осью, выполненного в виде спирального диффузорного канала. Патрубок подачи загрязненной жидкости (исходной) расположен тангенциально к корпусу и соединен с патрубком отвода очищенной (чистой) жидкости и патрубком отвода шлама. Верхний конец спирального диффузорного канала соединен с одним свободным концом устройства подачи коагулянта, выполненного в виде эжектора, соединенного в узком сечении с патрубком подачи коагулянта. Между верхним концом спирального диффузорного канала и свободным концом устройства подачи коагулянта расположена камера смешения, внутри которой расположен соосный шнек.
Недостатком заявленного устройства является недостаточная равномерность смешения добавляемого коагулянта с обрабатываемой водой в виду того, что добавление коагулянта происходит с одной стороны трубопровода, а в качестве перемешивающего элемента выступает турбулизация совместного потока воды и коагулянта при прохождении по каналам шнека в камере смешения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип), является устройство для перемешивания коагулянта с водой (патент RU № 88010, C02F 1/36, C02F 1/52), содержащее магистральный трубопровод, внутри которого через стыковочный узел вертикально установлены трубопровод для подачи химического реагента, конец которого соединен с патрубком для горизонтального ввода химического реагента, и труба для подачи воды под давлением с коллектором, на котором установлены гидроакустические излучатели для подачи воды в магистральный трубопровод.
Недостатком заявленного устройства является неравномерность смешения добавленного химического реагента  по всему объему потока обрабатываемой воды, связанная со способом захвата добавленного реагента турбулентными струями в результате работы гидроакустических устройств, а так же необходимостью применения дополнительного технологического оборудования с целью поддержания необходимых параметров работы гидроакустических излучателей в магистральном трубопроводе и осуществления дозирования химического реагента в магистральный трубопровод.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для равномерного и быстрого смешения коагулянта (соли алюминия, титана) с водой.
Поставленная задача решается путем разработки устройства, одновременно сочетающего в себе процесс эжектирования и диспергирования добавленного к воде коагулянта, основанного на генерировании пульсаций давления в обрабатываемой среде по средствам преобразования энергии потока обрабатываемой воды (фиг. 1).
На фиг. 1 показано устройство для смешивания воды с коагулянтом (соли алюминия, титана).
Полезная модель для смешения коагулянта с водой состоит из следующих элементов:
Корпуса (9), внутри которого расположена рабочая камера (2), соединенная с корпусом с каждой стороны специальными муфтами (5 и 6) по средствам резьбы, имеющая входные тангенциальные каналы (3) для подачи воды и канал (4) для подачи коагулянта, расположенный соосно по центру оси движения жидкости и переходящая в камеру смешения (8) по средствам конфузора (7).
При этом муфта (5) соединена по средствам резьбы с патрубком подачи коагулянта, муфта (6) - с трубопроводом отведения обработанной воды, а оставшееся свободное отверстие внешнего корпуса (9) - с линией подачи исходной воды.
Полезная модель работает следующим образом.
Жидкость под давлением не менее 0,45 МПа подается на вход в гидродинамическое устройство (1), через входные тангенциальные каналы (3) рабочей камеры (2), способствующие поступлению воды по касательной к внутренней ее цилиндрической поверхности, закручивая и вовлекая поток во вращательное движение, образуя за счет центробежной силы область пониженного давления по оси рабочей камеры (2),способствуя регулируемой подачи самотеком раствора коагулянта в рабочую камеру через канал (4), расположенный соосно по центру оси движения потока закрученной жидкости, движущейся далее через конфузор (7) с резким падением давления в камеру смешения (8). Соотношения внутренних геометрических параметров тангенциальных каналов (3), рабочей камеры (2), конфузора (7), камеры смешения (8) и гидродинамических характеристик потока воды обеспечивают кавитационные резонансные явления в обрабатываемой воде, способствуя дополнительному смешению добавленного коагулянта.
Предложенная конструкция полезной модели имеет ряд преимуществ перед известными устройствами:
увеличение эффективности, за счет равномерности смешения воды с коагулянтом;
увеличение скорости процесса;
снижение расхода коагулянта;
уменьшение затрат, связанное с простотой и надежностью конструкции.
Пример 1
Исходная вода, с параметрами: содержание взвешенных веществ 12,6 мг/л с линейной скоростью 27-29 м/с подается на вход в гидродинамическое устройство (1), через входные тангенциальные каналы (3) рабочей камеры (2). В канал (4) через муфту (5) осуществляется регулируемая подача 8% раствора сульфата алюминия (коагулянта) в количестве 8 мг/л (по активному компоненту) в рабочую камеру (2) через канал (4). Далее закрученная смесь движется через конфузор (7) с резким падением давления в камеру смешения (8). На выходе содержание взвешенных веществ 0,4 мг/л. Для достижения сопоставимой эффективности без использования гидродинамического смесителя эффективна доза 8% сульфата алюминия - 10 мг/л (по активному компоненту).
Пример 2
Исходная вода, с параметрами: содержание взвешенных веществ 12,6 мг/л с линейной скоростью 27-29 м/с подается на вход в гидродинамическое устройство (1), через входные тангенциальные каналы (3) рабочей камеры (2). В канал (4) через муфту (5) осуществляется регулируемая подача 1% раствора тетрахлорида титана (коагулянта) в количестве 4 мг/л (по активному компоненту) в рабочую камеру (2) через канал (4). Далее закрученная смесь движется через конфузор (7) с резким падением давления в камеру смешения (8). На выходе содержание взвешенных веществ 0,32 мг/л. Для достижения сопоставимой эффективности без использования гидродинамического смесителя эффективна доза 1% раствора тетрахлорида титана 5 мг/л (по активному компоненту).