Устройство для очистки воды от загрязнений

Полезная модель относится к устройствам очистки воды от загрязнений, например, сточных вод автомоек и других отраслей промышленности, использующих оборотное водоснабжение. В качестве основных элементов таких устройств часто применяют гидроциклоны, в которых за счет использования центробежной силы, возникающей при круговом движении воды, происходит разделение веществ, имеющих различные плотности. Круговое движение создается при подаче воды с большой скоростью в полость цилиндра по касательной к его внутренней поверхности.
Химическая очистка сточных вод основана на процессах коагуляции и флокуляции под действием веществ (химических реагентов), способных вызывать или ускорять процесс объединения мелких взвешенных частиц в группировки (агрегаты) вследствие их сцепления при соударениях. Использование коагулянтов позволяет увеличить скорость осаждения взвешенных частиц и повысить качество осветления воды при ее очистке. Часто в качестве такого реагента используют водный раствор гидроксохлорида алюминия.
При химической очистке воды реагенты подаются в поток перекачиваемой загрязненной воды с помощью специальных насосов дозаторов, например диафрагменные насосы MS0 и MS1 или плунжерные насосы PS1 и PS, выпускаемые ЗАО «ХЮКСО», и другие подобны насосы. Такие насосы имеют сложную конструкция и высокую стоимость.
Известно устройство по патенту РФ №2165308, в котором реагент подается в гидроциклон через инжектор, установленный в нагнетательном патрубке гидроциклона в виде изогнутой по ходу потока жидкости трубки. Как показывают эксперименты, при таком конструктивном исполнении инжектор дает небольшую величину разряжения и при повышении давления в сливном патрубке гидроциклона эффект всасывания реагента может исчезнуть или, во всяком случае, быть неустойчивым. В этом устройстве не предусмотрена возможность управляемого дозирования подачи реагента в гидроциклон. Такое устройство не может быть использовано в системах очистки воды, когда вода непосредственно после гидроциклона прокачивается через фильтры, использующие пористые, адсорбционные или иные материалы, сопротивление которых прокачиванию воды может быть большим и переменным по мере их загрязнения.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании возможности исключения из конструкции системы очистки воды сложных и дорогих дозирующих насосов для подачи реагентов, способствующих объединению мелких частиц загрязнений в более крупные. При этом должна быть обеспечена возможность дозированной подачи реагента, обеспечивающей необходимую концентрацию реагента в очищаемой воде.
Решение задачи достигается за счет того, что устройство для очистки воды от механически примесей, содержит напорный гидроциклон с цилиндроконическим корпусом и патрубками нагнетания загрязненной воды, отвода сгущенной фракции загрязнений и слива осветленной воды. Поступление очищаемой воды в гидроциклон осуществляется через подсоединенный к патрубку нагнетания инжектор для подачи в поток воды жидкого реагента.
Зона пониженного давления инжектора между конфузором и диффузором через дозирующий жиклер и трубку связана с верхней полостью камеры, разделенной эластичной диафрагмой, а нижняя полость камеры соединена трубкой с трубой, подводящей загрязненную воду к гидроциклону.
Верхняя полость камеры через клапан, связанный с поплавком, соединена с расположенной выше емкостью хранения реагента, а уровень реагента в верхней полости камеры при закрытом клапане находится ниже точки подвода реагента к инжектору.
Между упругой диафрагмой и верхней стенкой камеры установлена пружина, обеспечивающая опускание диафрагмы, при отсутствии давления воды под диафрагмой, до упора в нижнюю стенку камеры. Крайнее верхнее положение диафрагмы ограничивается расположенной над ее центральной частью и связанной с корпусом камеры пластиной, которая также своей другой стороной является ограничителем опускания поплавка при открытом клапане.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью конструктивных признаков устройства, является возможность отказаться от сложных и дорогих дозирующих насосов для введения в поток перекачиваемой загрязненной воды жидкого реагента, способствующего объединению мелких частиц загрязнений в более крупные частицы, что улучшает условия их последующего удаления. При этом обеспечивается независимость разряжения от статического давления воды в трубопроводах, что позволяет подавать осветленную воду непосредственно из гидроциклона в фильтры тонкой очистки или в емкости для отстаивания воды, расположенные выше гидроциклона.
За счет активных вихревых потоков жидкости в гидроциклоне происходит тщательное перемешивание воды и реагента, что является необходимым условием активного протекания химических процессов очистки воды.
При наличии в конструкции инжектора конфузора и диффузора обеспечивается высокое динамическое разряжение, позволяющее активно всасывать реагент в поток воды и регулировать концентрацию реагента путем подбора диаметра жиклера. Независимость разряжения от статического давления воды в трубопроводах обеспечивается за счет того, что находящийся над эластичной диафрагмой камеры реагент подпирается давлением воды, поступающей в нижнюю часть камеры из трубы, по которой насос перекачивает очищаемую воду.
Устройство для очистки воды от загрязнений поясняется рисунками:
фиг. 1 - общая схема устройства; фиг. 2 - инжектор для подачи реагента в воду; фиг. 3 - диафрагменная камера.
Устройство для очистки воды от загрязнений включает раму 1, напорный гидроциклон с цилиндроконическим корпусом 2; патрубок слива осветленной воды 3, патрубок нагнетания загрязненной воды 4, патрубок отвода сгущенной фракции загрязнений 5, инжектор 6, трубу для подачи загрязненной воды 7, трубку 8 для подачи воды в нижнюю полость камеры, диафрагменную камеру 9, кран 10, емкость для реагента 11, трубку 12, соединяющую емкость с камерой, трубку 13, соединяющую инжектор с камерой.
Инжектор для подачи реагента (фиг. 2) включает корпус 14 с фланцами для крепления, зеркально установленные в корпус до упора в буртик втулки 15 и 16 с коническими отверстиями, одна из которых является конфузором, а другая диффузором. В резьбовое отверстие корпуса в зоне расположения торцов втулок 15 и 16 ввинчен жиклер 17 и далее ввинчен патрубок 18, соединяемый с трубкой 13.
Диафрагменная камера 9 (фиг. 3) включает верхнюю крышку 19, нижнюю крышку 20, и находящуюся между ними эластичную диафрагму 21. Эти элементы герметично соединены между собой. В нижней части крышки 20 расположен патрубок 22, который используется для подсоединения с трубкой 8. В верхней части крышки 19 установлен патрубок 23, который используется для подсоединения трубки 13.
По оси камеры через верхнюю крышку пропущен и герметично соединен с нею цилиндр 24, внутри которого размещен поплавок 25 с закрепленным на нем клапаном 26, выполненным из резины или другого подобного материала.
К нижней части цилиндра 24 прикреплена пластина 27, которая ограничивает крайнее верхнее положение диафрагмы и нижнее положение поплавка. В стенках цилиндра, входящих в полость камеры выполнены отверстия 28, обеспечивающие переливание реагента из цилиндра в верхнюю полость камеры.
Верхняя часть цилиндра оканчивается фланцем 29, герметично соединенного с крышкой 30, имеющей по центру отверстие 31, которое снизу выполнено как седло клапана 26. С наружной стороны крышки отверстие выполнено как парубок для соединения с трубкой 12.
Внутри верхней полости камеры установлена пружина 32, которая опирается на стенку крышки 19 и центральную часть диафрагмы 21, своим давлением опуская ее вниз до упора в стенку нижней крышки 20 в том случае, когда под диафрагмой нет давления воды.
Устройство используется следующим образом. В емкость 11 наливают реагент, открывают кран 10, что позволяет перетекать реагенту в верхнюю полость диафрагменной камеры 9. При повышении уровня реагента в камере поплавок 25 всплывает и прикрепленный к нему клапан 26, упираясь в седло клапана, перекрывает отверстие 31 крышки 30. В таком положении доступ реагента в камеру прекращается и устройство готово к работе.
При включении перекачивающего загрязненную воду насоса вода по трубе 7 подается в инжектор 6 и далее через патрубок 4 в корпус гидроциклона 2. В то же время вода по трубке 8 подается в нижнюю полость камеры 9 под диафрагму 21, через которую давление воды передается на реагент, находящийся над диафрагмой. Вследствие увеличения скорости потока воды в зоне стыка конфузора и диффузора инжектора возрастает кинетическая энергия потока и уменьшается статическое давление воды. За счет возникшего динамического разряжения реагент из камеры 9 по трубке 13 начинает перетекать через жиклер 17 в поток загрязненной воды.
Поступая в корпус гидроциклона, вода перемещается по круговой траектории, перемешиваясь с реагентом. За счет протекающего при этом физико-химических процессов мелкие частицы загрязнения объединяются и активно отбрасываются на стенки корпуса гидроциклона и сползают вниз к патрубку 5, через который сгущенная фракция загрязнений может поступать в специальную емкость.
Процессы химической очистки воды могут продолжаться и в потоке воды, выходящей из патрубка 3 и в емкости для отставания воды, если она используется для этого в системе оборотного водоснабжения. Также укрупнение частиц загрязнений и улавливание их может происходить в фильтрах, если после гидроциклона вода подается непосредственно в фильтры тонкой очистки.
Перекачивание загрязненной воды обычно производят погружными фекальными насосами, которые не имеют обратного клапана. Поэтому при выключении насоса давление в трубе 7 падает, а также и в нижней полости камеры 9. При этом пружина 32 опускает эластичную диафрагму 21, что приводит к опусканию поплавка 25, клапан 26 отходит и через отверстие 31 реагент из емкости 11 начинает перетекать в верхнюю полость камеры. Таким образом, устройство подготавливается к следующему циклу очистки загрязненной воды.
На начальном этапе эксплуатации устройства его настраивают на нужный расход реагента путем подбора диаметра жиклера, обеспечивающего требуемую концентрацию реагента в воде.
Объем верхней полости камеры должен обеспечивать подачу реагента на максимальный объем одного цикла очистки воды, который может быть не более объема первичной емкости, куда стекает вода, например при мойке автомобилей.
Положительным эффектом заявленной полезной модели является снижение стоимости технологического оборудования, используемого при очистке воды в системах оборотного водоснабжения при обеспечении требуемого качества очистки.