ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ЖИДКОСТНЫХ РАСТВОРОВ

Технологический комплекс по переработке жидкостных растворов.
Полезная модель относится к автономному физико-химическому оборудованию для жилищно-коммунального и промышленного назначения и может быть использована в химической, металлургической, пищевой, дерево-, нефте-, мясо- и рыбоперерабатывающей, и других отраслях промышленности для физико-химической обработки жидкостных сред с целью их очистки, обеззараживания, обезвреживания, преобразования и выделения веществ из жидкостных растворов. Вещества могут являться как загрязняющими, так и полезными/ценными, соответственно данная полезная модель обеспечивает как очистку растворов от загрязнителей, так и отделение веществ, являющихся полезными/ценными, от жидкостных растворов. Объемная производительность переработки жидкостных растворов данным комплексом варьируется в пределах от 0,0001 куб.м/час до 2000 куб.м/час и выше.
Из имеющихся и известных на данный момент устройств и технических решений не существует полного аналога или прототипа предлагаемого технического решения, однако существуют устройства, использующие некоторые виды воздействий на жидкостные растворы по отдельности, которые приведены далее по тексту.
Известна установка для производства активного органического удобрения из отходов жизнедеятельности (RU 144133 U1, C05F 3/06, опубл. 10.08.2014), использующая принцип электромагнитного воздействия на обрабатываемый раствор.
Недостатками данного устройства являются: отсутствие в процессах химических реагентов и, как следствие, отсутствие данных о результатах и характере протекания процесса обработки жидкостного раствора с применением реагентов, без которых обработка некоторых видов жидкостных растворов невозможна; низкая производительность (8 куб.м/час), которая не может удовлетворить требованиям объектов жилищно-коммунального хозяйства, объемы которых исчисляются десятками-сотнями куб.м/час, и не подходящая для промышленного применения с объемами в сотни-тысячи куб.м/час; также областью применения данной установки является узкоспециализированный сегмент производства органических удобрений.
Наиболее близким аналогом по используемому принципу воздействия на жидкостный раствор является установка активации процессов (RU 50876 U1, В03С 1/00, опубл. 27.01.2006). Установка активации процессов (УАП) содержит трубу из немагнитного металла, окруженную наружным электромагнитным индуктором. В трубе в качестве рабочего тела находятся ферромагнитные иголки. Под действием вращающегося магнитного поля иголки с большой скоростью вращаются вокруг своей поперечной оси и движутся по круговым орбитам. Исходя из описания, при пропускании через рабочую зону УАП обрабатываемых жидких или порошкообразных сред, в них интенсифицируются химические, физические, механические и электромагнитные процессы. В частности, ускоряются процессы окисления, эмульгирования, коагуляции.
Недостатками данного устройства в случае обработки жидкостей, включающих растворенные соединения металлов, сероводород и органические соединения, являются: отсутствие предварительной аэрации жидкости, необходимой для перевода в процессе их окисления содержащихся в ней растворенных соединений в нерастворимую форму; слишком большой зазор между зубцами сердечника индуктора и ферромагнитными иголками, низкая индукция в воздушном зазоре и, как следствие, снижение эффективности воздействия на обрабатываемую среду в указанной установке; наличие шнека, который подвержен налипанию подаваемой среды на его лопасти; указанный диапазон частоты статора от 50 до 1000 Гц по экспериментальным данным не обеспечивает полноценной переработки некоторых жидкостных растворов; описанная возможность применения нескольких рабочих блоков, имеющих общий блок управления и регулятор, на практике показала низкую эффективность.
В качестве опытного образца предлагаемого технологического комплекса по переработке жидкостных растворов была изготовлена экспериментальная установка, с помощью которой были проведены натурные испытания на действующих предприятиях различных отраслей промышленности. На основании данных, полученных в результате проведенных длительных испытаний опытного образца можно утверждать, что данная полезная модель позволяет получить следующий технический результат:
1. Непрерывная переработка различных видов (типов) стоков и илов очистных сооружений в высокоэффективный почвообразующий материал и воду, удовлетворяющую нормативам для водных объектов рыбохозяйственного назначения (например, СанПиН 2.1.5.980-00, ГН 2.1.5.1315-03).
Данный технический результат возможно достичь только с применением всей совокупности технических средств полезной модели.
Кроме того, опытная эксплуатация показала, что положительные результаты также могут быть достигнуты на при выполнении следующих задач:
1. Очистка промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических соединений.
2. Обезвреживание загрязнений почв, грунтов, песка, водоемов при ликвидации последствий экологических аварий и катастроф.
3. Очистка промышленных нефтесодержащих стоков.
4. Очистка стоков с автодорожного полотна, ливневых стоков, автомоек, АЗС, предприятий пищевой промышленности, пищевых жиров и масел.
5. Производство комбикормов серии премикс, удобрений, экстракция активных веществ и масел, переработка, обезвреживание и обеззараживание любых отходов с/х производства.
6. Полное уничтожение патогенной флоры там, где это необходимо.
7. Опреснение морской воды до заданных параметров.
8. Выделение из жидкостных растворов металлов и металлических соединений.
9. Переработка жидкостных растворов с целью получения веществ с характеристиками, отличными от характеристик компонентов исходного жидкостного раствора.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известных технических решений в данной полезной модели применен принцип комплексного (совокупного) одновременного и высокоинтенсивного физико-химического воздействия на обрабатываемую среду. Результат достигается совокупностью воздействий таких, как: электромагнитное, электролитическое, химическое, кавитационное и акустическое, в результате чего осуществляется преобразование растворимых веществ в нерастворимые, которые затем выделяются из раствора путем отстаивания и фильтрации. Технические средства, с помощью которых достигаются указанные воздействия, описаны ниже.
Принципиальная схема технологического комплекса по переработке жидкостных растворов проиллюстрирована фиг. 1.
Технологический комплекс по переработке жидкостных растворов представляет собой конструктивно связанную последовательно-параллельную технологическую линию из блоков, систем, узлов и агрегатов конструктивно связанных между собой трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой, электрическими кабелями питания и сигнальными кабелями. На входе комплекса: трубопровод подачи исходного жидкостного раствора, на выходе - переработанные, преобразованные, очищенные, обеззараженные, обезвреженные жидкость и нерастворимые вещества. Жидкость и нерастворимые вещества на выходе находятся в раздельных емкостях, готовые к дальнейшему применению.
Полезная модель конструктивно представляет собой либо модульно-блочную конструкцию, либо конструкцию, размещаемую внутри зданий и сооружений. Габаритные размеры комплекса (Ш×В×Г), м: от 4×2×1 и более, в зависимости от типа назначения и предъявляемых требований. Технологический комплекс состоит из емкости исходного жидкостного раствора (1), системы подачи жидкостного раствора (2), блока комплексной физико-химической обработки жидкостных растворов (далее блок КОЖР) (3), системы хранения и подачи реагентов (4), блока гидродинамического разделения фракций (6), блока тонкой очистки (5), блока дезактивации нерастворимых частиц (7), блока осушения нерастворимых частиц (8), единой системы автоматического управления запорно-регулирующей арматурой и контрольно-измерительными приборами (далее АСУП) (11), емкости очищенной жидкости (9) и емкости переработанных масс (10).
Система подачи жидкостного раствора может состоять из одного или нескольких насосов, блока измельчения частиц, запорно-регулирующей арматуры, уровнемера, расходомера, термометра и других контрольно-измерительных приборов.
Данная система предназначена для подачи исходного или с измельченными частицами жидкостного раствора из емкости 1 в блок КОЖР, в котором под воздействием электромагнитного поля переменной частоты с применением ферромагнитных элементов наполнения, введенных в раствор, протекают физико-химические процессы очистки, обезвреживания и обеззараживания или преобразования и выделения из исходного жидкостного раствора веществ, в зависимости от исходных требований. Описанное воздействие достигается за счет того, что ферромагнитные элементы наполнения, находясь под действием электромагнитного поля переменной частоты, перемещаются в плоскости, перпендикулярной к оси трубы, по траекториям, по форме близким к окружностям, а также и в поперечных направлениях к указанному сечению с быстроменяющимся направлением движения. Указанные движения вызывают процессы измельчения частиц раствора, повышение температуры в жидкости, ускоряющее протекание химических реакций, включая реакции с реагентами, образование кавитационных процессов, включая акустическую кавитацию, в обрабатываемой среде, которые изменяют межатомные связи и вызывают химические преобразования веществ обрабатываемой среды. Также между ферромагнитными элементами возникают процессы электролиза, также вызывающие химические преобразования веществ обрабатываемой среды. При этом интенсивность протекающих процессов и результат обработки жидкостных растворов зависит от частоты работы сердечника индукции
Блок КОЖР может состоять из одного или нескольких конструктивно объединенных трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой устройств, обеспечивающих возбуждение электромагнитного поля, которое в свою очередь посредством ферромагнитных элементов наполнения простых и сложно-составных форм, введенных в раствор, оказывает комплексное одновременное высокоинтенсивное физико-химическое (электромагнитное, электролитическое, химическое, кавитационное и акустическое) воздействие на протекающий в них жидкостный раствор, в результате чего растворимые вещества преобразуются в нерастворимые, а также происходит обезвреживание и обеззараживание исходного жидкостного раствора.
В блоке КОЖР указанные результаты достигаются за счет того, что устройство возбуждения электромагнитного поля состоит из сердечника индуктора и рабочей трубы из немагнитного материала, наполненной ферромагнитными элементами наполнения простых и сложносоставных форм, через которую протекает жидкостный раствор. Кроме того, в отличие от известных аналогов, сердечник имеет устройство для плавной регулировки частоты в интервале от 12 до 1800 Гц. Размеры сердечника и рабочей трубы подобраны таким образом, чтобы сократить толщину воздушного зазора между ними до минимума для получения максимального значения индукции. Экспериментальным путем было установлено, что, по сравнению с УАП, сила тока в обмотке индуктора возросла на 10%, индукция в зазоре выросла на 10% (до 0,75 Тл), а скорость выпадения в осадок веществ в растворах выросла на 30%. При тех же входных параметрах мощность устройства выросла на 10%.
Окончательный состав и конструктивное исполнение блока КОЖР определяется требованиями к параметрам обработки исходного жидкостного раствора.
В целях обеспечения выполнения исходных требований в жидкостный раствор могут подаваться различные реагенты в заданной дозировке, этот процесс обеспечивается системой хранения и подачи реагентов, которая, в свою очередь, может состоять из емкости гомогенизации, емкостей хранения реагентов, насосов, запорно-регулирующей арматуры и контрольно-измерительных приборов. Комплектность данной системы определяется требованиями к параметрам обработки жидкостного раствора в блоке КОЖР.
После обработки в блоке КОЖР жидкостный раствор подается в блок гидродинамического разделения фракций, в котором под воздействием гравитационного поля Земли и за счет разности плотностей растворенных веществ по сравнению с жидкостью раствора происходит непрерывный процесс разделения обработанного жидкостного раствора на шламы, осадок и суспензию (взвесь). Конструктивно блок разделения фракций выполнен в виде одной или нескольких независимых друг от друга емкостей, форма емкости может быть либо параллелепипедной, либо конической, либо цилиндрической, либо их сочетанием. После разделения шламы и осадок могут поступать в блок дезактивации нерастворимых частиц и/или блок осушения нерастворимых частиц или в емкость переработанных масс, в зависимости от исходных требований к параметрам обработки исходного жидкостного раствора, а суспензия поступает в блок тонкой очистки.
Блок тонкой очистки может состоять из одного или нескольких фильтрующих элементов с заданной степенью фильтрации (500, 300, 200, 100, 50, 30, 10 мкм или иных). Фильтрующий элемент может быть сетчатым, волокнистым, пористым, насыпным или иного типа, в зависимости от требований назначения. Конструкция и состав данного блока зависит от требований к степени очистки раствора. После блока тонкой очистки очищенная жидкость поступает в емкость очищенной жидкости (9).
В блоке дезактивации нерастворимых частиц шламы и осадок проходят стадии процессов обезвреживания и обеззараживания, и поступают в блок осушения нерастворимых частиц. Конструктивно блок дезактивации аналогичен блоку КОЖР.
В блоке осушения нерастворимых частиц шламы и осадок отделяются от жидкости, а затем поступают в емкость переработанных масс (10). Конструктивно блок осушения может быть выполнен либо по принципу декантерных центрифуг, использующих систему вращающихся профилированных барабанов и шнека, выдавливающего осушенные массы через выходное устройство, либо по принципу прессовальных машин, где под действием поршня из осушенных масс отделяется вода, которая затем стекает через основание сетчатой конструкции. Осушенные массы удаляются из рабочей зоны либо шнеком, либо толкателем. Окончательное конструктивное исполнение блока осушения зависит от требований назначения комплекса. Отделенная жидкость, в зависимости от степени чистоты жидкости, либо поступает в емкость исходного жидкостного раствора, либо в блок тонкой очистки.
В случае необходимости выделения полезных/ценных веществ из жидкостных растворов емкость переработанных масс будет содержать указанные полезные вещества.
Описанный цикл обработки, протекающий в технологическом комплексе по переработке жидкостных растворов, позволяет выполнить поставленные задачи как по очистке, обезвреживанию и обеззараживанию растворов от загрязнителей, так и по отделению веществ, являющихся полезными/ценными, от жидкостных растворов.