ПЕСКОЛОВКА Российский патент 2001 года по МПК B01D21/02 

Изобретение относится к песколовкам с круговым движением воды и может быть использовано на сооружениях механической очистки сточных вод.

Известна песколовка, выполненная в форме цилиндра с усеченным конусообразным днищем, тангенциальным входным патрубком и центральной отводной телескопической трубой (см. а.с. N 172688, 1965 г.).

Недостатком этого устройства является малая степень осветления воды, что ограничивает ее применение.

Кроме того, известна песколовка, представляющая собой резервуар конусоидальной формы, в верхней части которого имеется круговой лоток, в нижней части имеющей щель, круговой лоток разделен на секции радиально установленными плоскими вертикальными решетками. В центральной части резервуара установлена отводная труба, затопленная под уровень жидкости для образования вихревой водяной воронки. На уровне отводной трубы установлены параллельные наклонной внутренней стенки лотка и равные ей по длине конические перегородки, верхние кромки которых расположены ниже уровня переливной воронки (см. а.с. N 1212976, кл. C 02 F 3/00, Бюл. N 7, 1986 г.).

Песколовка по а.с. N 1212976 за счет плоских вертикальных решеток и конических перегородок создает дополнительные препятствия для выноса песка, поэтому улавливание в них песка заметно выше, чем в песколовке по а.с. N 172688. Однако, к недостаткам этой песколовки относятся: наличие плоских вертикальных решеток, существенно влияющих на возрастание потери напора и увеличение глубины в секциях кругового лотка, что требует большего времени для осаждения песка на дно кругового щелевого лотка, а это снижает общий эффект осветления воды; наличие конических перегородок в центральной части резервуара эквивалентны тонкослойным отстойникам или многоярусным безнапорным гидроциклонам, у которых сечения для входа воды больше, чем на выходе - это не способствует улучшению улавливания песка, а направление входных межполочных конических сечений в сторону щели кругового лотка вместе с удаляемой водой увлекает и песок, который отводится в конусную часть песколовки через щель кругового лотка. Все эти недостатки снижают требуемый эффект удаления из воды песка.

Наиболее близким по совокупности признаков является песколовка по а.с. СССР N 1720051, кл. C 02 F 3/00, B 01 D 21/00, 1990 г., содержащая конический корпус, в верхней периферийной зоне которого расположен круговой щелевой лоток с тонкослойными полочными модулями в виде концентричных дугообразных полок, отстоящих друг от друга на расстоянии, уменьшающемся в направлении движения жидкости. Круговой щелевой лоток сообщен с тангенциальными подводящим и отводящим каналами. В центральной части конуса размещен отводной трубопровод с водоприемной воронкой, соединенной со средством плавучести, и концентричные конические элементы. В нижней части корпуса расположен гидроэлеватор.

Эта песколовка эффективнее, чем описанные выше (а.с. N 172688 и а.с. N 1212976), так как сточная вода проходит через тонкослойные полочные модули с различной высотой полок в каждом модуле, освобождается постепенно от крупного, а затем и более мелкого песка. Часть осветленной жидкости выходит вместе с песком через щель кругового лотка в конусную часть песколовки, где восходящим потоком с большими скоростями проходит через патрубки, прорези и через специальные каналы отводится в сливную трубу. Однако сложность устройства отводных патрубков, их замены или прочистки снижает надежность работы песколовки и ограничивает ее применение. Наличие дугообразных тонкослойных модулей хотя и позволяет несколько повысить эффект улавливания песка по сравнению с песколовками по а.с. N 172688 и а.с. N 1212976, но из-за разности длин дугообразных полок тонкослойных модулей отделение песка в пределах одного модуля происходит по разному, меньше между полками меньшей длины и площади, что снижает общий эффект улавливания песка и не позволяет получить нужное качество осветления воды.

При этом в известной песколовке отсутствует возможность регулирования уровня воды в круговом щелевом лотке и не обеспечивается интенсивное осаждение песка в центральной части песколовки, что приводит к низкой пропускной способности песколовки по воде и недостаточному эффекту задержания песка.

Задачей изобретения является повышение эффекта задержания песка, пропускной способности песколовки по воде и, следовательно, производительности, а также надежности работы.

Поставленная задача достигается тем, что в песколовке, содержащей конический корпус, в верхней периферийной зоне которого расположен сообщенный с тангенциальными подводящим и отводящим каналами круговой щелевой лоток с тонкослойными полочными модулями в виде концентричных дугообразных полок, отстоящих друг от друга на расстоянии, уменьшающемся в направлении движения жидкости, при этом в центральной части корпуса размещен отводной трубопровод с водоприемной воронкой, соединенной со средством плавучести, и концентричные конические элементы, а в нижней части корпуса расположен гидроэлеватор, отличительными от прототипа признаками является то, что она снабжена размещенным в круговом щелевом лотке за подводящим каналом в направлении движения жидкости распределителем потока в виде струенаправляющей решетки из установленных по высоте лотка друг над другом разновеликих поворотных пластин, наклоненных к его щели в направлении движения потока жидкости и выполненных уменьшающимися к верхней части лотка, при этом каждая поворотная пластина имеет переменную ширину, увеличивающуюся к наружной стенке упомянутого лотка, а расположенные в центральной части корпуса концентрические конические элементы выполнены в виде блока разновеликих обечаек с углом конусности, увеличивающимся, а по высоте уменьшающихся к периферийной зоне корпуса и установленных своими большими основаниями на одном уровне с нижней частью прямоугольного сечения кругового лотка ниже уровня водоприемной воронки отводного трубопровода, выходной патрубок которого размещен над днищем отводящего канала за водосливом, расположенным в отводящем канале между круговым лотком и упомянутым патрубком, причем выходное отверстие патрубка расположено ниже уровня водослива и водоприемной воронки, средство плавучести которой выполнено в виде понтона с патрубками для впуска воды и воздуха.

Снабжение кругового лотка распределителем потока в виде струенаправляющей жалюзийной решетки, состоящей из горизонтальных поворотных пластин переменной ширины, увеличивающейся к наружной части кругового лотка, при этом струенаправляющие пластины направлены под углом к горизонтальной плоскости потока в сторону щелевого отверстия кругового лотка, позволяет повысить эффект осаждения песка в лотке за счет того, что расстояния между жалюзийными пластинами и ширина самих пластин увеличивается от верхней пластины до нижней. Изменение расстояний между жалюзийными пластинами позволяет обеспечить деление потока на пропорциональные части, что дает возможность получить в верхней части потока движение жидкости по круговому лотку с минимальными скоростями, при которых смогут оседать фракции песка даже меньше расчетных величин. Хотя в более нижних частях поток может увеличиваться, но не будет превышать расчетных значений, а поэтому из средней части потока тоже будет оседать песок более мелких фракций, так как глубина осаждения частиц песка будет меньше расчетной на величину глубины потока со скоростями меньше расчетных. Самое неблагоприятное состояние для осаждения песка будет иметь место в нижней части потока. И все же, несмотря на превышение на 20-30% расчетной скорости движения воды у дна потока осаждение песка расчетных фракций (и даже более мелких) будет протекать эффективнее, т.к. глубина этой зоны осаждения от средней расчетной глубины составит всего не более 30-40%. Так как глубина осаждения частиц в зоне повышенных скоростей будет в 2,5-3 раза меньше расчетной, а скорость превышает расчетное значение всего в 1,3 раза, то это приведет к положительному результату, так как с увеличением скорости увеличивается и турбулентная пульсация потока, а это позволит добиться того же эффекта по отмывке от песка органических веществ, как и при искусственно созданной турбулизации потока за счет аэрирования его воздухом. Поэтому применение аэрации потока в песколовке предлагаемого изобретения позволяет исключить перфорированный трубопровод для аэрации потока жидкости.

Установка пластин жалюзийной решетки под углом в сторону щелевого отверстия кругового лотка позволяет направить не только поток жидкости в нижнюю часть лотка, но и содержащиеся в нем фракции песка и другие твердые вещества. Это позволяет дополнительно уменьшить длину зоны осаждения частиц, содержащихся в сточной воде, и повысить эффект задержания песка.

Размещение водослива в водоотводящем канале и размещение за ним отводного патрубка, размещенного ниже гребня водослива и водоприемной воронки, также обеспечивает дополнительное повышение эффекта задержания песка. Повышение эффекта улавливания песка в круговом лотке песколовки достигается за счет того, что частичке песка необязательно достигать дна лотка, так как любая частица, которая будет находиться ниже гребня, перед водосливом, будет попадать с "мертвую" (непроточную) зону, а поэтому даже мелкие частицы будут опускаться вниз и через щелевое отверстие поступят в песковый бункер песколовки, где размещен гидроэлеватор. Другим преимуществом водослива, размещенного в отводящем канале после кругового лотка, является то, что при переменных режимах поступления сточных вод в песколовку площадь живого сечения при минимальном расходе будет оставаться такой же, как и при максимальном притоке. Следовательно, при расходах сточных вод меньше расчетных (максимальных) скорости движения воды в круговом канале будут меньше расчетных, а эффект улавливания песка будет более высокий.

Отвод части потока воды в центральной части песколовки через водоприемную воронку по отводящему трубопроводу и отводящему патрубку (за водосливом) в водоотводящий канал позволяет создать уменьшение скоростей движения воды по длине кругового лотка. Отвод воды через щель по всей длине кругового лотка составляет дополнительное направленное движение воды к нижней части лотка, поэтому на нерастворенные частицы будет оказывать дополнительное влияние вектор сил, создаваемый потоком воды, удаляемой через щель кругового лотка, создавая более благоприятные условия осаждения песка. Таким образом, частичный отвод воды в равных количествах по всей длине кругового лотка обеспечивает более высокий эффект задержания песка.

Снабжение центральной камеры песколовки блоком разновеликих конических обечаек, большие основания которых установлены в верхней части на равных отметках, находящихся ниже водоприемной воронки отводящего трубопровода, и закреплены на уровне нижней части прямоугольного сечения кругового лотка, обеспечивает активное осаждение нерастворимых веществ в центральной камере, так как площади сечений между смежными обечайками увеличиваются снизу доверху. С увеличением площадей поперечного сечения скорости движения восходящих потоков будут снижаться, поэтому более мелкие частицы будут оседать вниз до тех пор, пока их скорость осаждения будет равна скорости восходящего потока и тогда образуется слой взвешенного осадка. Часть воды, которая будет отводится через воронку отводящего трубопровода, проходя через пространство между смежными коническими обечайками, будет преодолевать слой взвешенного осадка, т. е. будет проходить как бы фильтрация воды через слой взвешенных частиц. Создание в сооружениях таких условий ведет в повышению эффекта осветления воды от механических примесей.

Применение конических обечаек переменной высоты и конусности позволяет увеличить путь для осаждения более мелких частиц, которые вероятнее всего могут попасть в сечения ближе к центральной оси песколовки.

Установка угла конусности обечаек переменным с увеличением к наружной обечайке обеспечивает гидравлические условия для осаждения песка в оптимальных пределах.

Снабжение водоприемной воронки отводящего трубопровода пантоном с двумя патрубками и вентилями на них для впуска воды и воздуха позволяет в момент наладочных работ регулировать глубину погружения воронки под уровень жидкости с целью нахождения оптимального режима, при котором обеспечивается необходимый отвод воды для достижения максимального задержания песка. Наличие пантона у воронки и телескопического соединения ее с отводящим трубопроводом позволяет отводить через воронку постоянный расход воды независимо от уровня жидкости в центральной камере при переменном притоке воды, что обеспечивает стабильность режима и надежность работы песколовки.

На фиг. 1 изображена схема предложенной песколовки, общий вид сверху.

На фиг. 2 - вид по сечению 1-1.

На фиг. 3 - узел А, вид сверху распределителя потока.

На фиг. 4 - вид по сечению 2-2.

На фиг. 5 - вид по сечению 3-3.

На фиг. 6 - узел Б, вид сверху водоприемной воронки с пантоном и патрубками для впуска воды и воздуха с вентилями.

На фиг. 7 - вид по сечению 4-4.

Песколовки содержит цилиндрический корпус 1, в верхней периферийной зоне которого размещен круговой лоток 2, сообщенный с тангенциальными подводящим 3 и отводящим 4 каналами. На дней кругового лотка 2 выполнена продольная щель 5. В полости кругового лотка 2 размещены тонкослойные полочные модули 6, 7 и 8, полки которых изогнуты по дугам окружностей концентричных круговому лотку 2 и отстоят друг от друга на расстоянии, уменьшающемся в направлении движения жидкости в лотке 2. В корпусе 1 выполнена центральная коническая камера 9.

В верхней части центральной камеры 9 установлен блок концентрических разновеликих конических обечаек 10, большие основания которых установлены в верхней части на равных отметках и закреплены на уровне нижней части прямоугольного сечения кругового лотка 2.

Угол конусности обечаек 10 выполнен переменным, увеличивающимся к периферийной зоне центральной части 9 корпуса 1. Высота обечаек 10 уменьшается к вышеупомянутой периферийной зоне.

По оси центральной камеры 9 установлена водоприемная воронка 11, соединенная с понтоном 12, снабженным двумя патрубками и вентилями на них для впуска воды 13 и воздуха 14. Воронка 11 с понтоном 12 телескопически соединена посредством патрубка 15 с отводящим трубопроводом 16 для отвода всплывающих примесей и части воды, который сообщен с водоотводящим каналом 4 посредством отводящего патрубка 17, размещенного над дном водоотводящего канала 4.

В водоотводящем канале 4 размещен водослив 18, за которым ниже его и водоприемной воронки 11 располагается выходное отверстие водоотводящего патрубка 17.

В круговом щелевом лотке 2 за подводящим каналом 3 в направлении движения жидкости установлен распределитель потока 19, выполненный в виде размещенной поперек кругового лотка 2 жалюзийной решетки из поворотных горизонтальных разновеликих пластин 20, расположенных по высоте лотка друг над другом и закрепленных к раме 21 на шарнирах 22 и снабженных приводом их поворота 23, шарнирно прикрепленного к пластинам 20 и снабженного винтовой парой со штурвальной головкой 24. Пластины 20 наклонены под углом к щели 5 кругового лотка 2 в направлении движения потока жидкости. Зазор между пластинами по высоте увеличивается сверху вниз. При этом каждая из пластин 20 имеет переменную ширину, увеличивающуюся к наружной стенке лотка 2. Пластины 20 выполнены уменьшающимися к верхней части лотка 2.

В месте размещения подводящего 3 и отводящего 4 каналов до оси центральной камеры 9 установлена разделительная перегородка 25.

Песколовка работает следующим образом.

Исходная жидкость входит через канал 3 в лоток 2, где движется по круговому лотку до разделительной перегородки 25 и по каналу 4 отводится на дальнейшую обработку. При движении жидкости по круговому лотку 2, в начале которого установлен распределитель 19 потока, выполненный в виде жалюзийной решетки из горизонтальных пластин 20 под углом в сторону щелевого отверстия 5 в нижней части кругового лотка 2, поток жидкости не только делится на пропорциональные части с увеличением сверху вниз, но и изменяет направление потока от горизонтального до направленного вниз. Вращение штурвала 24 в ту или другую сторону позволит установить оптимальный угол наклона пластин 20, при котором создаются наиболее благоприятные условия как отмывки песка, так и его осаждения. При движении жидкости в лотке 2 после распределителя 19 потока песок будет оседать в лотке 2 под действием сил гравитации (сил тяжести) вниз, а действие сил скоростного давления будет способствовать более быстрому его осаждению. Выполнение ширины пластин 20 увеличивающимися к наружной стенке лотка позволяет постепенно повышать сопротивление потоку в направлении к наружной стенке лотка 2 и тем самым производить гашение энергии потока и инерционных сил движения частиц песка, что увеличивает эффект осаждения песка.

После распределителя 19 потока скорости движения воды по глубине будут меняться, увеличиваясь от верха потока вниз, поэтому из верхних слоев потока песок будет быстрее оседать, так как здесь влияние сил турбулентной пульсации потока будут весьма малым и отрицательного влияния на скорость осаждения песка оказывать не будет. В то же время в нижних слоях потока жидкости существенно возрастет турбулентность потока, что позволит обеспечить отмывку песка от органических примесей до аналогичного состояния как при аэрации потока. Следовательно, турбулизации потока между настилами 20 распределителя 19 потока и в нижних слоях потока после распределителя 19 в круговом лотке 2 позволит добиться более высокого эффекта задержания песка. Наиболее крупные фракции песка в потоке после распределителя 19 будут концентрироваться в нижних слоях потока в круговом лотке, поэтому процесс осаждения песка в тонкослойных модулях будет происходить еще интенсивнее, что позволит дополнительно увеличить эффект задержания песка.

Основной объем очищаемой воды, пройдя по круговому лотку 2 через распределитель 19 и тонкослойные модули 6, 7 и 8, будет переливаться через гребень водослива 18 в отводящий лоток 4 и отводиться на дальнейшую обработку.

Часть воды из кругового лотка 2 вместе с песком через щель 5 отводится в центральную камеру 9, что повышает надежность работы песколовки, так как песок с наклонных стенок кругового лотка 2 будет сползать не только под собственным весом, но и за счет направленного вниз потока воды. Кроме того, отвод части воды из кругового лотка 2 через щель 5 позволит уменьшить расход воды и скорость ее движения в круговом лотке, что дополнительно обеспечит более высокий эффект задержания песка за счет повышенной интенсивности его осаждения.

Та часть воды, которая поступила через щель 5 в центральную камеру 9 будет проходить через площади сечений между смежными коническими обечайками 10, где активно очищается от песка, так как площади сечений между смежными обечайками увеличиваются снизу вверх к большему основанию, а скорости восходящих потоков будут уменьшаться, то создается возможность задержать песок более мелких фракций, поскольку удаляемая вода будет проходить взвешенный слой осадка, который позволяет добиться того же эффекта, как и при фильтрации воды через слой зернистого вещества.

Очищенная в полочном осадителе из соосно размещенных конических обечаек 10 вода будет поступать в водоприемную воронку 11 и через патрубок 15 телескопического соединения в отводящий трубопровод 16 к отводному патрубку 17 и через его свободный конец (выходное отверстие) в водоотводящий канал 4.

Применение конических обечаек переменной высоты и конусности позволяет добиться оптимальных условий для осаждения песка из той части потока воды, которая отводится из кругового лотка 2 через щель 5, а далее через блок полочного осадителя из конических обечаек 10 и воронку 11. Регулирование расхода воды, удаляемой через водоприемную воронку 11, а следовательно, и оптимальных условий осаждения песка достигается глубиной погружения воронки 11 под уровень жидкости в центральной камере 9 за счет подачи в пантон 12 воды через патрубок 13 с вентилем и выпуска воздуха через патрубок 14 с вентилем. Если потребуется уменьшить отвод воды через воронку 11, то в пантон 12 нагнетается сжатый воздух через патрубок 14, а из патрубка 13 отводится из пантона 12 имеющаяся в нем вода. Изменение уровня погружения воронки может быть достигнуто, например, за счет телескопического соединения патрубка 15 воронки 11 с отводящим трубопроводом 16.

Проведенная оценка технико-экономической эффективности предложенной песколовки по сравнению с прототипом заключается в повышении производительности на 20 - 25% за счет отведения части жидкости вместе с песком в центральную камеру и обеспечения активного осаждения в указанной камере полочным осадителем при оптимальных условиях отвода из центральной камеры осветляемой жидкости.

Наличие распределителя потока в круговом лотке в виде жалюзийной решетки с переменной шириной каждой пластины и наклоном их в сторону щели отвода песка в днище кругового лотка в совокупности с отводом части жидкости в центральную камеру позволяет также повысить эффект осаждения песка на 15 - 20%, а при равной производительности по расходу воды с прототипом объем задерживаемого песка в песколовке увеличить в 1,5 - 2 раза, что обеспечит более надежную работу последующих сооружений для очистки сточных вод и обработки осадков.

Изобретение предназначено для очистки природных и сточных вод от песка и других минеральных примесей. Песколовка содержит цилиндрический корпус, в верхней периферийной зоне которого размещен лоток, соединенный с подводящим и отводящим каналами. Внутри лотка размещены тонкослойные полочные модули. В корпусе имеется центральная коническая камера, в которой установлен блок конических обечаек с переменными углами конусности. По оси центральной камеры в верхней части установлена водоприемная воронка, соединенная с понтоном. В лотке за подводящим каналом установлен распределитель потока в виде жалюзийной решетки из поворотных пластин, расположенных по высоте лотка друг над другом и закрепленных к раме на шарнирах. Технический результат состоит в повышенной на 20-25% производительности и более высоком эффекте осаждения песка. Объем задерживаемого песка увеличивается в 1,5-2 раза, что повышает надежность и качество очистки сточных вод. 7 ил.

Песколовка, содержащая конический корпус, в верхней периферийной зоне которого расположен сообщенный с тангенциальными подводящим и отводящим каналами круговой щелевой лоток с тонкослойными полочными модулями в виде концентричных дугообразных полок, отстоящих друг от друга на расстоянии, уменьшающемся в направлении движения жидкости, при этом в центральной части корпуса размещен отводной трубопровод с водоприемной воронкой, соединенной со средством плавучести и концентричные конические элементы, а в нижней части корпуса расположен гидроэлеватор, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным в круговом щелевом лотке за подводящим каналом в направлении движения жидкости распределителем потока в виде струенаправляющей решетки из установленных по высоте лотка друг над другом разновеликих поворотных пластин, наклоненных к его щели в направлении движения потока жидкости и выполненных уменьшающимися по ширине к верхней части лотка, при этом каждая поворотная пластина имеет переменную ширину, увеличивающуюся к наружной стенке упомянутого лотка, а расположенные в центральной части корпуса концентрические конические элементы выполнены в виде блока разновеликих обечаек с углом конусности, увеличивающимся, а по высоте уменьшающихся к периферийной зоне корпуса и установленных своими большими основаниями на одном уровне с нижней частью прямоугольного сечения кругового лотка ниже уровня водоприемной воронки отводного трубопровода, выходной патрубок которого размещен над днищем отводящего канала за водосливом, расположенным в отводящем канале между круговым лотком и упомянутым патрубком, причем выходное отверстие патрубка расположено ниже уровня водослива и водоприемной воронки, средство плавучести которой выполнено в виде понтона с патрубками для впуска воды и воздуха.