УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1995 года по МПК C02F1/24 C02F1/40 

Изобретение относится к оборудованию для газовой, химической, энергетической и пищевой промышленности и может быть использовано для осаждения коллоидных взвесей.

Известны способ и устройство, включающее кроме динамических и статических зон дополнительные устройства для грубой и тонкой фильтрации. Однако устройство для грубой фильтрации, выполненное в виде пакета наклонных тонких пластин, малоэффективно, а плавающий фильтрующий материал для "тонкой" очистки, также не исключает проскока коллоидной взвеси. Кроме того, при забивке фильтрующего материала шламом резко возрастет гидравлическое сопротивление фильтра, а минимальный напор исходного продукта не способен преодолеть это сопротивление без риска взмутить коллоидную взвесь в отстойных гравитационных камерах [1]
Кроме того, рассмотренная конструкция малоэффективна при работе на воде с t < 18^оС, т.к. при увеличении плотности воды скорость осаждения коллоида резко снижается.

Более успешно решается проблема низкотемпературного осветления и поэтапного удаления осадка в конструкции отстойника-флотатора [2]
Устройство содержит цилиндрический корпус с патрубком вывода осадка, коаксиально расположенную в корпусе камеру с переливными отверстиями, цилиндрическую перегородку и отбойный верхний конус, кольцевые отстойные камеры, концентрически размещенные вокруг цилиндрической камеры и гидравлически соединенные между собой, аэратор, трубопроводы ввода исходной воды и вывода очищенной воды, плавающих загрязнений и осадка.

Аэратор позволяет удалить плавающий продукт, что весьма существенно при низких температурах, когда с увеличением плотности тонкодисперсные фракции осадка склонны не оседать, а всплывать. Наличие системы камер для предварительного грубого и окончательного более тонкого осветления позволяет повысить качество разделения и снизить влияние измучивания при колебаниях нагрузок.

Однако, в аппарате отсутствует зона с динамическим контактом осадка и жидкости, объем аппарата из-за малоемких нижних конусов плохо используется. Эффективность удаления плавающего осадка низкая, т.к. трубчатые перфорированные аэраторы не обеспечивают высокой дисперсности распыла воздушного потока, что необходимо для флотации мелкодисперсных коллоидных взвесей.

Целью изобретения является создание конструкции устройства для очистки сточных вод, обеспечивающего эффективное скоростное осветление коллоидных растворов, как в области повышенных, так и низких температур, а также рациональное использование объем аппарата.

Указанная цель достигается тем, что цилиндрический корпус, содержащий коаксиально расположенную цилиндрическую камеру с переливными отверстиями, коаксиальный цилиндр, соединенный и нижним конусом и отбойный верхний конус, кольцевые отстойные камеры, концентрически размещенные вокруг цилиндрической камеры и гидравлически соединенные между собой, аэратор, технологические патрубки, снабжен, преимущественно верхним и нижним днищами, цилиндрическая камера снабжена сборным лотком, расположенным снаружи ее верхней части на уровне переливных отверстий, и коническим днищем с патрубком вывода осадка, при этом верхний конус установлен над цилиндром и большим основанием примыкает к внутренней поверхности цилиндрической камеры ниже переливных отверстий, а падающий трубопровод воды снабжен патрубками, тангенциально соединенными с цилиндром.

С целью флотационного сбора и удаления коллоидного микродисперсного осадка, а также окисления железа и органики, по вертикальной оси аппарата или на тангенциальных вводах исходного продукта установлен газовый коллектор, выполненный, например, из микропористой металлокерамики. В коллектор подается диоксид углерода или воздух в зависимости от состава карбонатов в исходном продукте.

Коагулянт, подаваемый в состав исходного продукта, должен быть плавающим, например алюминий. В составе исходного продукта подают также ПАВ, лиофильный к выделяемому коллоиду. В условиях низких температур целесообразно комплексное введение в составе исходного продукта ПАВ и воздуха ПАВ, коагулянта и воздуха.

Для исключения осаждения всплывшего осадка при дегазации слоя необходим баланс между образующимся и отводимым плавающим осадком. Для этого в дополнительной отстойной камере размещен датчик регулирующего мутномера, подающего сигнал на регулируемый вентиль насоса, отводящего плавающий осадок.

Для стабильного всплывания коллоида при низких температурах и колебаниях нагрузок, перед штуцером подачи исходного продукта установлен электрокоагулятор, у которого по сигналу датчика регулирующего мутномера изменяется интенсивность растворения электродов путем регулирования напряжения источника постоянного тока.

Гидравлическая связь между отстойными камерами может осуществляться через вертикальные прорези на нижнем торце соединительной цилиндрической обечайки, причем высота прорези превышает высоту слоя осадка.

При необходимости создания давления в отстойных камерах гидравлическая связь может осуществляться насосом, причем заборный патрубок размещен выше слоя осадка.

Дополнительное устройство для грубой фильтрации целесообразно выполнить в виде размещенного в наружной отстойной камере слоя дисперсного материала, селективного к удаляемому компоненту, например, амфибол полевошпатного песка (гранодиорита).

Дополнительное устройство для тонкой фильтрации целесообразно выполнить в виде трубчатых рулонных фильтрующих элементов, соединенных верхними штуцерными выводами с кольцевым коллектором, концентрично примыкающим к верхнему торцу наружной дополнительной отстойной камеры, причем, коллектор соединен с верхним переливом осветленной жидкости.

Для стабилизации режима осаждения коллоидного осадка при отключении подачи исходного продукта на штуцере подачи исходного продукта установлен регулирующий расходомер, а на штуцерах выпуска осадка и осветленного продукта из отстойных камер регулируемые вентили, управляемые расходомером.

На фиг. 1 представлен предлагаемый аппарат в продольном разрезе; на фиг. 2 то же, в поперечном разрезе; на фиг. 3 продольный разрез аппарата с дополнительными устройствами грубой и тонкой фильтрации; на фиг. 4 поперечный разрез фиг. 3.

Устройство для очистки сточных вод включает цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2 и штуцером 3 выпуска сгущенного осадка, концентричные корпусу открытые с торцов внутренние конус 4 и цилиндр 5 с тангенциальными штуцерами 6 впуска исходного продукта. Над внутренним цилиндром 5 установлен верхний конус 7, образующий камеру с отверстиями 8 в нижней части для перетока светлой жидкости в наружный лоток 9. В верхней части камеры установлена воронка 10 для вывода плавающего продукта с насосом 11.

Концентрично корпусу 1 размещены по крайней мере две наружные кольцевые отстойные камеры 12 и 13, соединенные гидравлически между собой и сборным лотком 9.

Камеры закрыты сверху и снизу днищами 14 и 15. Преимущественно, днища выполняются плоскими.

Полость каждой пары отстойных камер имеет нижний штуцер выпуска осадка 16 и верхний штуцер осветленной жидкости 17.

По вертикальной оси аппарата или на тангенциальных вводах 6 установлен газовый коллектор 18, выполненный, например, в виде обечайки 19 из микропористой металлокерамики.

Гидравлическая связь между отстойными камерами может осуществляться через вертикальные прорези 20 на нижнем торце соединительной цилиндрической обечайки 21, причем высота прорези превышает высоту слоя осадка. При необходимости создания в отстойных камерах давления, гидравлическая связь может осуществляться насосом 22, причем заборный патрубок 23 размещен выше слоя осадка.

Для грубой фильтрации продукта при взмучивании осадка вследствие колебания нагрузок в отстойную камеру 11 засыпан дисперсный материал 24, селективный к удаляемому компоненту, например амфибол полевошпатный песок (гранодиорит).

Для тонкой фильтрации коллоидной взвеси имеются трубчатые рулонные фильтрующие элементы 25, соединенные верхними штуцерными вводами 26 с кольцевым коллектором 27, концентрично примыкающим к верхнему торцу отстойной камеры 12, причем коллектор 27 соединен отверстиями 28 с верхним переливом осветленной жидкости. В аппарате предусмотрены штуцера 29 для загрузки и 30 для выгрузки песка, а также штуцера для выхода фильтрата 31 и концентрата 32.

Насос 22 имеет дополнительную обвязку 33 для промывки и регенерации песка.

Насос 11 вывода плавающего продукта снабжен вентилем 34, управляемым по сигналу датчика 35 мутномера 36 (см. фиг. 3).

Для стабильного всплывания коллоида при низких температурах и при колебаниях нагрузок мутномер 36 управляет также напряжением источника постоянного тока 37, что изменяет интенсивность растворения электродов 38 электрокоагулятора 39.

Для стабилизации режима осаждения коллоидного осадка при отключении подачи исходного продукта, на штуцере 6 подачи исходного продукта установлен регулирующий расходомер 40 с датчиком 41, а на штуцерах выпуска осадка 16 и осветленной жидкости 17 из отстойных камер установлены регулируемые вентили 42 и 43, управляемые расходомером 40.

Устройство для очистки сточных вод работает следующим образом.

Вода, подлежащая умягчению и осветлению, подается через электрокоагулятор 39 в устройство. Перед входом в электрокоагулятор насосом в поток исходной воды дозируется щелочь. В электрокоагуляторе 39, подключенном к источнику постоянного тока 37, происходит растворение алюминиевых анодов 38 и начало образования коллоидных взвесей, содержащих коагулянт, щелочь и соли жесткости.

Для равномерной закрутки потока в открытом гидроциклоне I вода подается на два тангенциальных ввода 6.

При вращении суспензии идет агрегатирование коллоидной взвеси и ее разделение на осветленную жидкость, сгущенную суспензию, а также на плавающий осадок. Сгущенная суспензия, представленная в основном механическими примесями в воде и наиболее крупными агрегатами коллоида концентрируется в коническом днище и выводится из аппарата через штуцер 3.

Основная масса мелкодисперсного осадка, преимущественно карбоната кальция, агрегатирует с коагулянтом алюминием, полученным при электрохимическом растворении анодов 38.

Причем при подаче щелочи до электролиза в отличие от традиционной ее подачи в осветлитель, происходит интенсивное всплывание осадка и осветление суспензии.

Положительную роль при флотации играет растворенный в воде воздух и газы, образующиеся при электродных процессах в электрокоагуляторе.

Процесс всплывания коллоида можно ускорить, если в зоне интенсивного перемешивания по вертикальной оси аппарата или на тангенциальных вводах установить газовый коллектор 18, выполненный, например, в виде обечайки 19, микропористой металлокерамики, которая обеспечит тонкодисперсный распыл газовой фазы.

Наиболее дешевым газовым агентом, ускоряющим всплывание, может быть воздух. Однако в ряде случаев целесообразно введение более сильного окислителя, например, озона или другого реагента.

При этом одновременно с флотацией решается проблема окисления двухвалентного железа до трехвалентного с выпадением его в осадок, а также окисление органики с образованием осадка.

Таким образом, обеспечивается более полная очистка исходного продукта не только от солей жесткости, но и от железа и органики, т.е. аппарат становится универсальным.

Опасной для процесса флотации является дегазация плавающего осадка, вследствие чего он начинает осаждаться и осветленный раствор воды мутнеет. Предусмотрено два варианта устранения этого недостатка.

Первый устройство снабжено по крайней мере двумя дополнительными концентричными корпусу наружными кольцевыми отстойными камерами 12 и 13, которые в 3 раза увеличивают рабочий объем аппарата, причем это увеличение не сопровождается тройным увеличением габаритов: в зону отстоя включается ранее не использованный объем в зоне конического днища аппарата, составляющий до 30% общего объема.

Также эффективно приращение объема за счет концентричных камер: при увеличении габарита аппарата диаметра в первой степени объем, пропорциональный площади, растет в квадратной зависимости.

Зоны отстоя гидравлически связаны между собой по светлой жидкости и по осадку. В зависимости от уровня требований к чистоте продукта эта связь может быть различной. В наиболее простом варианте (фиг. 1 и 2) гидравлическая связь осуществляется через вертикальные прорези 20 на нижнем торце соединительной цилиндрической обечайки 21, причем, высота прорези превышает высоту слоя осадка, что исключает унос осажденного осадка в заключительную отстойную камеру 13. Сброс концентрированного осадка, накопленного в статических отстойных камерах 12 и 13, осуществляется через штуцер 16, соединенный вентилем с основным штуцером 3. Выход осветленной жидкости производится через штуцер 17 после тщательной обработки воды в динамической камере гидроциклона I и в двух статических отстойных камерах 12 и 13. Если уровень разделения суспензии по описанному варианту недостаточен, то гидравлическая связь между отстойными камерами осуществляется насосом 22, причем, заборный патрубок 23 размещен выше слоя осадка в камере 12 (фиг. 3 и 4).

Это обеспечит прокачку воды с гарантированной производительностью через камеру 12 и создает необходимый напор для прокачки воды через дополнительное устройство для грубой фильтрации 24 и тонкой фильтрации 25. Целесообразно выполнить дополнительное устройство для грубой фильтрации в виде размещенного в наружной отстойной камере 13 слоя дисперсного материала 24, селективного к удаляемому компоненту. Это может быть амфибол полевошпатный песок (гранодиорит), который, как ионообменная смола, селективен к железу, являющемуся основой комплекса, связывающего в агломерат соли жесткости, карбонаты и щелочь.

Гранодиорит на порядок дешевле смолы и в 2 раза дешевле кварцевого песка.

Загрузка песка в камеру 12 осуществляется через штуцер 29, выгрузка через штуцер 30. При исчерпании обменной емкости песка возможна его регенерация, как и смолы, путем подачи насосом 22 из линии 33 промывочной жидкости, содержащей, например, тринатрийфосфат и трилон Б.

При особо высоких требованиях к качеству воды, например, в производстве деионизированной воды, целесообразно выполнить дополнительное устройство для тонкой фильтрации в виде стандартных сменных трубчатых рулонных фильтрующих элементов 25, соединенных верхними штуцерными вводами 26 с кольцевым коллектором 27, концентрично примыкающим к верхнему торцу наружной дополнительной отстойной камеры 13, причем, коллектор 27 соединен системой отверстий 28 с камерой 13.

Выход фильтрата производится через штуцер 31, выход концентрата через штуцер 32. Промывка гранодиорита тринатрийфосфатом и трилоном Б эффективна также, и для рулонного фильтра. Смена тонких фильтров производится без остановки процесса путем перекрытия вентиля на вводе 26 и заменой отработанного элемента на свежий. Второй вариант устранения осаждения при дегазации плавающего осадка заключается в обеспечении непрерывного баланса количества образующегося и отводимого плавающего осадка. Для этого в отстойной камере 12 размещен датчик 35 регулирующего стандартного мутномера 36, подающего сигнал на регулируемый вентиль 34 насоса 11, отводящего плавающий осадок. Датчик 35 срабатывает при замутнении светлой жидкости, происходящем, если количество отводимого плавающего осадка меньше, чем образованного. При этом происходит дегазация и осадок оседает и распределяется в светлой жидкости.

Наиболее сложно удалить осадок из холодной воды при t < 18^оС, что часто наблюдается зимой.

Осадок, распределенный в объеме светлой жидкости и также вызывающий ее замутнение, можно удалить по сигналу датчика 35 регулирующего мутномера 36 изменением интенсивности растворения электродов электрокоагулятора путем автоматической регулировки напряжения источника постоянного тока.

Эффективна также подача в составе жесткой воды поверхностно-активного вещества, лиофильного к выделяемому коллоиду. Таким ПАВом может быть триалон с концентрацией 10^-8 10^-5 /мл.ПАВ/мл воды/.

Для случая низких температур целесообразно комплексное введение в состав исходной воды коагулянта, ПАВ, воздуха и щелочи, подаваемой до электролиза.

Проблема стабилизации режима осаждения коллоидного осадка при плановом или аварийном отключении подачи исходного продукта решена путем фиксации рабочего объема жидкости и осадка в дополнительных статических отстойных камерах 12 и 13 перекрытием вентилей 42 и 43 по сигналу датчика 41 и расходомера 40. Новый запуск осветлителя в работу будет малоинерционным, т.к. отключение подачи продукта не отразилось на режиме отстойных статических камер.

Предлагаемым решением устраняется один из самых главных недостатком емкостных осветлителей большие габариты аппаратов, связанные с длительным временем пребывания осадка в отстойнике более 2 ч. Время осветления суспензии флотацией с учетом наших конкретных решений порядка 2-3 мин.

Процесс разделения суспензии не ограничивается удалением солей жесткости, а предусматривает и удаление грубых частиц по принципу гидроциклона, а также тщательное извлечение проскочивших мелкодисперсных частиц и окисление железа и органики.

В целом процесс осветления продолжается не более 20 мин, что в 5-6 раз быстрее традиционных устройств.

Решение проблемы удаления коллоидных взвесей в простом аппарате емкостного типа весьма актуально для широкого спектра производств умягчение питьевой воды, обезжелезивание воды, водоподготовка для котлов, переподготовка в производстве деионизированной воды и т.д.

Использование: удаление из воды осадков солей жесткости, а также для обезжелезивания и удаления органики. Сущность изобретения: устройство для очистки сточных вод включает открытый гидроциклон, кольцевые отстойные камеры, концентрично расположенные снаружи гидроциклона, устройства для автоматического регулирования процесса, фильтры грубой и тонкой очистки. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, содержащее цилиндрический корпус с патрубком вывода осадка, коаксиально расположенные в корпусе цилиндрическую камеру с переливными отверстиями, цилиндр, соединенный с нижним конусом, и отбойный верхний конус, кольцевые отстойные камеры, концентрически размещенные вокруг цилиндрической камеры и гидравлически соединенные между собой, аэратор, трубопроводы ввода исходной воды и вывода очищенной воды, плавающих загрязнений и осадка, отличающееся тем, что корпус снабжен преимущественно плоскими верхним и нижним днищами, цилиндрическая камера снабжена сборным лотком, расположенным снаружи ее верхней части на уровне переливных отверстий, и коническим днищем с патрубком вывода осадка, при этом верхний конус установлен над цилиндром и большим основанием примыкает к внутренней поверхности цилиндрической камеры ниже переливных отверстий, а подающий трубопровод исходной воды снабжен патрубками, тангенциально соединенными с цилиндром. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аэратор выполнен в виде соединенной с газовым коллектором обечайки, установленной по вертикальной оси устройства или на патрубках ввода исходной воды и выполненной, например, из микропористой металлокерамики. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено установленными на трубопроводе вывода плавающих загрязнений вентилем и насосом и размещенным в отстойной камере датчиком мутномера, подающим сигнал на вентиль насоса. 4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что оно снабжено электрокоагулятором, установленным на подающем трубопроводе исходной воды с изменяемой по сигналу датчика мутномера интенсивностью растворения электродов путем регулирования напряжения источника постоянного тока. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что соединение между отстойными камерами выполнено в виде вертикальных прорезей, высота которых больше высоты слоя осадка. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отстойные камеры соединены между собой посредством насоса, всасывающий патрубок которого снабжен вентилем и расположен во внутренней отстойной камере выше слоя осадка, а напорный патрубок соединен с донной частью наружной камеры. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным в наружной отстойной камере фильтром грубой очистки в виде слоя дисперсного материала, например амфиболполевошпатного песка. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено концентрично расположенным вокруг верхнего торца наружной отстойной камеры кольцевым лотком, соединенным с последней посредством переливных отверстий, при этом фильтр для тонкой очистки выполнен в виде трубчатых рулонных фильтрующих элементов, соединенных в верхней части штуцерами с кольцевым лотком. 9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подающий трубопровод исходной жидкости снабжен расходомером, а патрубки вывода осветленной жидкости и осадка из отстойных камер снабжены вентилями, управляемыми расходомером.