ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к устройствам очистки сточных вод, и может быть использована для обработки осадков сточных вод, в частности кондиционирования избыточного активного ила перед обезвоживанием, а также дезинфекции воды.
При переработке сточных вод образуются осадки, представляющие собой суспензии, выделяемые в процессе их механической, биологической и физико-химической очистки. Плохая влагоотдача осадков затрудняет их последующую обработку и утилизацию, а содержащиеся в осадке патогенные бактерии и яйца гельминтов требуют обеззараживания.
Известно устройство для обеззараживания сточных вод [1] с помощью кавитации, содержащее конфузор - переднюю часть, сужающуюся по течению потока, узкую горловину, диффузор - концевую часть. Между конфузором и диффузором расположено искусственное препятствие в виде профилированной иглы для уменьшения сечения потока и турбина в виде лопаток для вращения профилированной иглы. В результате обтекания препятствия в области сужения потока увеличивается его скорость, создается перепад давления, приводящий к образованию кавитационных течений. Недостатком устройства является то, что кавитационный слой образуется только в диффузионной части трубы - по бокам сплошной струи жидкости, движущейся вдоль оси трубы, а в жидкости, движущейся вдоль оси диффузора, кавитация отсутствует. Это обстоятельство требует многократного циклического повторения процесса с одним и тем же объемом обрабатываемой жидкости. Это устройство не пригодно для кондиционирования осадков сточных вод, так как они имеют переменную вязкость, а рабочий режим аппарата требует постоянной вязкости обрабатываемой жидкости.
Применение аппаратов такого типа для дезинфекции жидкостей также представляется неэффективным, так как вдоль оси диффузора возможно проникновения патогенных микроорганизмов.
Известен кавитационный реактор роторного типа [2], который способен организовать интенсивное кавитационное течение во всем объеме обрабатываемой жидкости. Реактор, содержит корпус, имеющий полостную структуру с патрубками подвода и отвода жидкости, размещенные в полостной структуре корпуса ротор в виде центробежного колеса и статор, имеющие отверстия, совмещаемые при вращении ротора. Ротор снабжен кольцевой камерой высокого давления, расположенной по периметру, отверстия ротора выполнены в кольцевой камере. В процессе работы полый ротор заполняется обрабатываемой жидкостью, которая под действием центробежных сил движется к периферии ротора, и под давлением вырывается к статору из узких сопел, расположенных на его периферии. В процессе движения жидкости от центра ротора к соплам не предполагается какой либо ее обработки, кинетическая энергия ротора на участке от центра до входа в камеру высокого давления тратится только на транспортировку жидкости, придание ей ускорения для создания давления в камере, что неэффективно при обработке осадков сточных вод.
Кавитационный реактор роторного типа [3] предусматривает обработку жидкости при ее радиальном движении от центра ротора к периферии. Реактор содержит корпус с входным и выходным отверстиями для обрабатываемой жидкости, в котором расположены ротор и статор в виде дисков. Каждый диск имеет концентрические пазы, формирующие выступы между ними. В пазах выполнены радиальные каналы для протекания жидкости от центра ротора к периферии. При вращении ротора радиальные каналы поочередно перекрываются выступами пазов ротора и статора, сечение потока жидкости уменьшается, в результате чего в жидкости формируются области перепада давления, в которых образуются турбулентные и кавитационные течения.
Исходя из особенностей задач при обработке осадков сточных вод, необходимо предусмотреть комплексное воздействие, в совокупности обеспечивающие смещение равновесия коллоидных систем осадков сточных вод, клеточную деструкцию микроорганизмов, коагуляцию, что позволяет увеличить влагоотдачу осадков сточных вод перед обезвоживанием с одновременной дезинфекцией жидкости.
Полезная модель основана на высокой чувствительности плоских течений к изменениям бокового давления [4].
Целесообразно организовать радиальное плоское течение, подверженное изменениям бокового давления, что обеспечит интенсивные кавитационные возмущения во всем объеме потока. Помимо кавитации, интенсивное воздействие на обрабатываемую жидкость оказывают турбулентные пульсации скорости в струе, многократно повышающие интенсивность технологического процесса. Поэтому целесообразно дополнительно предусмотреть средства интенсификации технологического процесса, разместив их на роторе и статоре в местах, где скорость движения жидкости максимальна, то есть у периферии ротора. Средства интенсификации целесообразно выполнить виде отверстий, глубина которых превышает их диаметр, способных периодически совмещаться при вращении роторау образуя объемы резкого понижения давления по типу «ячеек Григгса» [5], причем для вязких осадков отверстия на роторе могут быть сквозными.
Техническая задача полезной модели - создание эффективного устройства, предусматривающее комплексную обработку при кондиционировании осадков сточных вод перед обезвоживанием, целях улучшения влагоотдающих свойств, с одновременной дезинфекцией.
На Фиг.1 показан разрез реактора, на Фиг.2 показан элемент А с Фиг.1, на Фиг.3 показан вариант выполнения конструкции со сквозными отверстиями на роторе.
Реактор состоит из разъемного статора 1 цилиндрической формы, образующего полость, в которой имеются входное отверстие 2 и выходное отверстие 3, размещается ротор 4, закрепленный на валу 5. Вал приводят во вращение внешней силой, например электродвигателем (не показан). На обеих поверхностях ротора выполнены концентрические пазы 6, имеющие профиль треугольника, с внутренним углом у. Концентрические пазы на Поверхности ротора формируют между собой выступы 7. Аналогично на дисках статора также имеются концентрические пазы 8, образующие между собой выступы 9. Профиль концентрических пазов ротора и статора идентичен, пазы ротора сопрягаются с выступами статора, а пазы статора сопрягаются с выступами ротора с осевым зазором d (Фиг.2). Между наибольшим по радиусу концентрическим пазом и краем ротора расположены средства турбулизации потока обрабатываемой среды, представляющие собой отверстия 10 на роторе, и отверстия 11 на статоре, способные совмещаться при вращении ротора. Между наименьшим по радиусу концентрическим пазом и центром ротора расположены отверстия 12, являющиеся средствами перемешивания.
Обрабатываемую жидкость через входное отверстие 2 подают под некоторым давлением в реактор, где она попадает на ступицу ротора и отбрасывается центробежными силами от центра вращения ротора к его периферии. Посредством отверстий 12 жидкость заполняет реактор, интенсивно перемешивается, и поступает в осевые зазоры между пазами и выступами дисков ротора и статора. Благодаря силам смачиваемости между обрабатываемой жидкостью и поверхностями реактора, жидкость приходит во вращение, увлекается пазами и выступами ротора и удерживается пазами и выступами статора. При движении жидкости в осевых зазорах возникают напряжения растяжения, сдвига, формируется плоский поток вращающейся жидкости, натекающий и отрывающийся от поверхностей пазов и выступов, испытывающий при этом боковые перепады давления.
По мере натекания струи на выступ, боковое давление повышается, а по мере стекания струи с выступа - понижается. Пройдя последний выступ, поток подвергается воздействию средств турбулизации, расположенных между наибольшим по диаметру концентрическим пазом и краем ротора и выталкивается из реактора через выходное отверстие 3.
При треугольном профиле концентрических пазов с внутренним углом 40°≤γ≤80°, зависящего в реальном реакторе от глубины паза и диаметра ротора, в установившемся режиме реактора осевой зазор является отрезком волновой системы с условиями, заданными на конце. Возбуждение перекрывающимися отверстиями колебаний на одном конце потока с частотами, близкими к общей частоте, излучаемой реактором, многократно интенсифицирует процесс обработки жидкости.
Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется Комплексное воздействие на обрабатываемую среду, гидромеханическое перед входом в осевой зазор, кавитационное в осевом зазоре, и импульсное, с помощью средств турбулизации потока.
об
3
мин
Экспериментально на гидродинамическом реакторе с диаметром ротора 310 мм, профиле концентрических пазов в форме равностороннего треугольника (γ=60°) с высотой h=5 мм, зазоре d=1 мм, скорости вращения ротора 2950 /, достигнута производительность по жидкости - 1,5 м/час. Исходный осадок - избыточный активный ил вторичных отстойников.
Показатели влагоотдачи определялись по известному способу [6], путем отбора проб исходного и обработанного осадка, и сравнения показателя оптической плотности фильтратов указанных проб.
Бактериологические и паразитологические показатели определялись по известным методикам МУ 2.1.5.800-99 и МУК 4.2.796-99.
Сравнительные параметры обрабатываемой жидкости до и после обработки приведены в Таблице.
Таблица
Наименование показателя
Осадок до обработки
Осадок после обработки
Показатель влагоотдачи
Оптическая плотность фильтрата
1,92
0,12
Бактериологические показатели
Общие колиформные бактерии в 100 мл. КОЕ
6,2∗10<sup>4</sup>
не обнаружено
Термотолерантные колиформные бактерии в 100 мл. КОЕ
1,2∗10<sup>4</sup>
не обнаружено
Патогенные микроорганизмы в 1000 мл.
обнаружена S.infantis
не обнаружено
Паразитологические показатели
Яйца гельминтов
обнаружены
не обнаружены
Цисты кишечных простейших
обнаружены
не обнаружены
Таким образом, техническая задача полезной модели решена.
Источники информации
1. Патент РФ №2198847, кл. С02F 1/34, 2003.
2. Патент РФ №49608, кл. F24J 3/00, 2005
3. Патент Украины №26547, кл. С02F 1/34, 2007.
4. Ультразвук, Маленькая энциклопедия. (Глав. ред. И.П.Голямина) - М.; Советская энциклопедия. 1979 г.400 с.
5. Патент США №5188090, F24C 9/00, 1991 г.
6. Патент РФ №2006491, кл. C02F 11/12, 2000