УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2015 года по МПК C02F9/04 C02F1/52 B01D21/02 B01J8/00 B01J19/32 B03D3/02 

Изобретение относится к области очистки воды, в частности к устройствам для очистки от взвешенных и коллоидных примесей, а также растворенных устойчивых соединений органической природы коагуляцией.

В настоящее время в водоподготовке и очистке сточных вод от взвешенных частиц, коллоидов и высокомолекулярной органики с помощью коагуляции в раствор вводятся специальные реагенты, при взаимодействии которых с водой образуется новая малорастворимая высокопористая взвесь, содержащая, в основном, гидроксиды железа или алюминия. Образующиеся хлопья размером 0,5-3,0 мм и плотностью 1001-1100 г/л имеют очень большую поверхность с хорошей сорбционной активностью. В процессе ее образования и седиментации в структуру включаются взвешенные вещества (ил, клетки планктона, крупные микроорганизмы, остатки растений и т.п.), коллоидные частицы и та часть ионов загрязнений, которые ассоциированы на поверхности этих частиц.

Для проведения процессов коагуляции применяется различные установки коагуляции, содержащие набор разнообразных устройств и аппаратов (Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод М.: 2005, 576 с.). Как правило, основным элементом установки является осветлитель, который представляет собой вертикальную емкость, нижняя часть которой выполняется в виде обращенного конуса или призмы, постепенно расширяющейся кверху. Вода, после введения в нее реагентов, подается в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые ими частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока их скорость выпадения не станет равной восходящей скорости потока. В результате в конусе находится взвешенный слой осадка - своеобразный «взвешенный фильтр», через который фильтруется очищаемая вода, которая далее продолжает восходящее движение до уровня, где расположены устройства для ее сбора и отвода (желоба, перфорированные трубы). Осадок после прекращения фильтрации собирается в нижней части осветлителя и удаляется в шламоуплотнитель.

Недостатками вышеописанной установки на основе осветлителя с взвешенным осадком являются большие размеры, низкая производительность, высокий унос частиц и нестабильность работы при изменении производительности и температуры.

Известны установки, в которых для повышения качества очистки и производительности в установку включают дозаторы, обеспечивающие введение в очищаемую водут утяжеляющих добавок, например, частиц глины или перлита (Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев С.В. Коагуляция в технологии очистки природных вод М.: 2005, с. 251). Такая модификация позволяет увеличить производительность и качество очистки, но повышает расходы на реагенты и увеличивает объем отходов.

Известна установка для коагуляции, в которой для повышения качества очистки и производительности в систему дополнительно вводят песок с размером частиц около 0,1 мм (микропесок) (Скирдов И.В. Пономарев В.Г. Очистка сточных вод в гидроциклонах, М.: СТРОЙИЗДАТ, 1975, с. 90). Это добавка резко ускоряет процесс роста хлопьев осадка и увеличивает их размер и, соответственно, скорость падения, что позволяет работать со значительно большими скоростями воды и обеспечивает повышенную производительность установки. Полученный шлам, содержащий микропесок, далее насосом перекачивают в гидроциклон, в котором происходит отделение гидратного осадка, направляемого на сброс, и выделение микропеска, который возвращается в аппарат.

Недостатком данного технического решения является то, что данная конструкция очень чувствительна к изменению скорости потока (более ±15%), температуры воды и т.п., что ведет к нарушению структуры взвешенного слоя и ухудшению качества очистки по взвесям и органике.

Техническим решением, наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является установка, состоящая из емкости с мешалкой для смешения воды с коагулянтом, емкости с мешалкой для ввода в смесь микропеска и флокулянта, емкости с мешалкой для смешения и выдержки смеси и отстойника с тонкослойными модулями, снабженных переливными каналами, трубопроводом для откачки полученного шлама, а также устройствами для отделения шлама микропеска и его возвращения в процесс (WO 2009/002801, 31.12.2008). Технология подразумевает ввод и смешение с водой коагулянта, затем ввод и смешение флокулянта с одновременным введением определенного количества микропеска, перемешивание образовавшейся смеси и дальнейшее ее отстаивание. Основной технологии является добавление микропеска в качестве присадки для ускорения формирования хлопьев. Образующиеся хлопья обладают ядром из микропеска с относительно высокой плотностью и быстро осаждаются, что обеспечивает высокую производительность установки.

Выделение из шлама микропеска и его возвращение в процесс производится с помощью гидроциклонов, на которые специальным насосом под высоким напором подается шлам из отстойника.

Недостатками данной технологии являются плохое сгущение шлама после его прохождения через гидроциклон и достаточно высокий расход микропеска, уносимого вместе со шламом.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, являлось создание установки, обеспечивающей высокую эффективность очистки воды при минимальном расходе микропеска и дающей в виде отхода отмытый шлам, обладающий свойствами легкого сгущения.

Технической задачей являлась более эффективная переработка шлама с целью выделения из него микропеска и возврат его в процесс.

Технический результат достигался включением в установку, состоящую из емкости с мешалкой для смешения воды с коагулянтом, емкости с мешалкой для ввода в смесь микропеска и флокулянта, емкости с мешалкой для смешения и выдержки смеси и отстойника с тонкослойными модулями, снабженных переливными каналами, трубопроводом для откачки полученного шлама, а также устройствами для отделения шлама микропеска, в которой в качестве устройства для отделения микропеска из шлама она содержит отмывочную колонну, оборудованную провальными тарелками с проходным сечением 30-60%, соединенную с системой пульсации и снабженную трубопроводом для откачка полученного шлама, который соединен с верхней зоной колонны, и трубопроводом, соединяющим нижнюю часть колонны с дозаторами для ввода в смесь микропеска.

Трубопроводы для откачки полученного шлама в верхнюю зону колонны и трубопровод для возврата песка из нижней зоны колонны в процесс могут быть для повышения эффективности его работы снабжены эрлифтами. Установка может быть снабжена дополнительным насосом для подачи отмывочной воды в колонну снизу, вход которого соединен с емкостью чистой воды или зоной чистой воды отстойника. Трубопроводы для откачки полученного шлама в верхнюю зону колонны и перекачки микропеска из нижней зоны колонны для возврата песка в процесс могут быть снабжены шламовыми насосами.

В качестве провальных тарелок могут быть использованы сетчатые, дырчатые и др. конструкции. Как показывает практика, наиболее эффективны тарелки с организованной закруткой потоков на каждой тарелке, а на смежных организация закрутки в разные стороны. В частности, могут использоваться тарелки, типа КРИМЗ (Карпачева С.М., Рябчиков Б.Е. Пульсационная аппаратура в химической технологии - М.: Химия, 1983, - с. 26-30), для которых характерно сочетание высокой производительности и равномерное распределение фаз по сечению колонны.

На Фиг. 1 приведена схема установки для коагуляционной очистки воды, где: 1 - камера смешения с коагулянтом; 2 - камера смешения с флокулянтом и ввода микропеска; 3 - камера хлопьеобразования; 4 - отстойник; 5 - отмывочная колонна; 6 - насос отмывочной воды; 7, 8, 9 - мешалки; 10 - отстойная зона; 11 - сотоблоки; 12, 13 - эрлифт; 14, 15, 16 - регулировочные вентиля; 17 - пульсационная камера; 18 - пульсатор.

Отмывочная колонна 5 представляет собой вертикальный цилиндр, в который установлены провальные распределительные тарелки с проходным сечением 30-60%, в котором проводится отмывка песка от флокул. Колонна снабжена в верхней части отстойной зоной для выделения из шлама флокул. В нижней части колонна имеет зону для сбора и откачки песка, которая соединена с пульсационной камерой 17, связанной с системой пневматической пульсации, состоящей из пульсатора 18, присоединенного к пульсопроводу, линии сжатого воздуха и к сдувке.

Установка работает следующим образом. Очищаемая вода подается в камеру 1 с мешалкой 7. В нее же вводится коагулянт. Смесь интенсивно перемешивается и по перетоку поступает в камеру 2. В камеру 2 при интенсивном перемешивании из дозаторов поступают флокулянт и микропесок. В ней начинается процесс образования крупных флокул загрязнений, связанных с коагулянтом и флокулянтом. Полученная пульпа перетекает в камеру 3, где происходит относительно медленное «созревание», т.е. укрупнение флокул. После попадания пульпы в отстойник 4 происходит ее интенсивное разделение на шлам и чистую воду. Вода поднимается вверх через наклонные пластины сотоблока, где она окончательно освобождается от взвесей и поступает через сборный коллектор потребителю.

Осевший в отстойной зоне 10 шлам эрлифтом 13 перекачивается в верхнюю зону отмывочной колонны 5. В нижнюю зону колонны 5 насосом 16 подается очищенная вода. Раствор в колонне совершает вертикальные возвратно-поступательные движения (пульсирует) с частотой порядка 1 Гц, что обеспечивает эффективную отмывку песка от налипших загрязнений при сохранении высоких скоростей потока и повышенной производительности колонны. Распределительные тарелки препятствуют образованию застойных зон и паразитных проскоков раствора. Тарелки, имеющие специальные направляющие лопатки, дополнительно улучшают эти показатели.

Пульсация осуществляется с помощью системы пневматической пульсации 18, присоединенной к пульсопроводу, соединенному с пульсационной камерой 17 колонны 5. Через пульсатор воздух периодически подается в пульсационную камеру и затем сбрасывается в атмосферу. При подаче воздуха жидкость в пульсационной камере опускается, а в колонне поднимается. Затем воздух выпускается, и жидкость в колонне опускается.

Отмытый песок собирается в нижней зоне колонны и эрлифтом 12 перекачивается (возвращается) в камеру 2 установки. Смытые с песка флокулы загрязнений вместе с промывной водой сливаются в отстойник для дальнейшей переработки.

Пример

Установка, изготовленная в соответствии со схемой, показанной на фигуре 1 и имеющая размеры первой и второй камер 500×500×500 мм, которые снабжены электрическими мешалками с частотным регулированием оборотов в приделах 300 оборотов в минуту, третьей камерой 500×1000×500 мм, снабженной электрической мешалкой с частотным регулированием оборотов в приделах 150 оборотов в минуту и тонкослойным отстойником размером 1000×500×2000 мм, снабженным тонкослойным блоком высотой 500 мм с пластинами, установленными под углом 60°. В первую камеру установки подавалась речная вода, в которую вводился коагулянт - оксихлорид алюминия. Смесь интенсивно перемешивалась, после чего перетекала во вторую камеру. В нее же вводился раствор коагулянта Праестол 2510 и микропесок. Полученная смесь интенсивно перемешивалась и перетекала в камеру 3 с медленным перемешиванием для образования крупных хлопьев. Полученная пульпа перетекает в отстойник 4, где происходит ее интенсивное разделение на осевший шлам и чистую воду. Осветленная вода поднимается вверх через наклонные пластины сотоблока, где она окончательно освобождается от взвесей и выводится из установки.

Осевшая в нижней зоне отстойника 10 пульпа выводится из отстойника для разделения на чистый песок и шлам.

В первом варианте для разделения использовалась стандартная схема со специальными гидроциклонами. Специальный насос откачивал пульпу и направлял ее в гидроциклон, в котором за счет центробежных сил песок отделялся от взвешенных частиц и выводился прямо в камеру 2 установки.

Во втором варианте осевшая пульпа эрлифтом 13 перекачивается в верхнюю зону отмывочной колонны 5 общей высотой 1900 мм, состоящей из верхней зоны большего диаметра, в данном случае 160 мм и высотой 400 мм, и нижней зоны меньшего диаметра, в данном случае 50 мм, и высотой 1000 мм. В колонне установлены провальные распределительные тарелки с большим, до 50%, проходным сечением. В нижнюю зону колонны 5 насосом 16 подается очищенная вода. Раствор в колонне совершает вертикальные возвратно-поступательные движения (пульсирует) с частотой порядка 1 Гц. Пульсация обеспечивает эффективную отмывку песка от налипших загрязнений при высокой производительности колонны. Отмытый песок собирается в нижней зоне колонны и эрлифтом 12 перекачивается (возвращается) в камеру 2 установки. Смытые с песка флокулы загрязнений вместе с промывной водой сливаются в отстойник для дальнейшей переработки.

В процессе исследований с целью снижения уноса частиц песка, т.е. его безвозвратных потерь, высота верхней зоны большего диаметра была увеличена с первоначальных 200 до 400 мм. В ней также были установлены распределительные тарелки, что дополнительно уменьшило потери песка.

Пульсация осуществляется с помощью системы пневматической пульсации 18, присоединенной к пульсопроводу, соединенному с пульсационной камерой 17 колонны 5. Пульсация жидкости увеличивает производительность колонны по твердой фазе и, вместе с провальными тарелками, устраняет возможность каналообразования. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Сравнение двух вариантов показало, что применение данного изобретения не меняет производительность установки по сравнению с прототипом. При этом, использование отмывки песка в колонне улучшается качество осветления воды, существенно снижаются потери песка, а, главное, резко улучшаются условия для дальнейшей переработки шлама. Если в первом варианте для отстаивания шлама и подготовки его к фильтрации на фильтр-прессе требуется обязательное введение дополнительно больших доз флокулянта, то во втором варианте возможно прямая фильтрация полученного шлама.

Изобретение относится к области очистки воды, в частности, к устройствам для очистки от взвешенных и коллоидных примесей, а также растворенных устойчивых органических соединений. Установка для очистки воды состоит из емкости 1 с мешалкой 7 для смешения воды с коагулянтом, емкости 2 с мешалкой для ввода в смесь микропеска и флокулянта, емкости с мешалкой 3 для смешения и выдержки смеси и отстойника 4 с тонкослойными модулями, снабженных переливными каналами, трубопроводом для откачки полученного шлама, а также устройствами для отделения из шлама микропеска. В качестве устройства для отделения микропеска из шлама установка содержит отмывочную колонну 5, оборудованную провальными тарелками с проходным сечением 30-60%. Отмывочная колонна 5 соединена с системой пульсации 18 и снабжена трубопроводом для откачки полученного шлама, который соединен с верхней зоной колонны, и трубопроводом, соединяющим нижнюю часть колонны с дозаторами для ввода в смесь микропеска. Изобретение позволяет более эффективно перерабатывать шлам для выделения из него микропеска и возврата его в процесс. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Установка для очистки воды, состоящая из емкости с мешалкой для смешения воды с коагулянтом, емкости с мешалкой для ввода в смесь микропеска и флокулянта, емкости с мешалкой для смешения и выдержки смеси и отстойника с тонкослойными модулями, снабженных переливными каналами, трубопроводом для откачки полученного шлама, а также устройствами для отделения из шлама микропеска, отличающаяся тем, что в качестве устройства для отделения микропеска из шлама установка содержит отмывочную колонну, оборудованную провальными тарелками с проходным сечением 30-60%, соединенную с системой пульсации и снабженную трубопроводом для откачки полученного шлама, который соединен с верхней зоной колонны, и трубопроводом, соединяющим нижнюю часть колонны с дозаторами для ввода в смесь микропеска.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трубопровод для откачки полученного шлама в верхнюю зону колонны и трубопровод для возврата песка из нижней зоны колонны в процесс снабжены эрлифтами.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным насосом для подачи отмывочной воды в колонну снизу, вход которого соединен с зоной чистой воды отстойника или с емкостью чистой воды.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трубопроводы для откачки полученного шлама в верхнюю зону колонны и перекачки микропеска из нижней зоны колонны для возврата песка в процесс снабжены шламовыми насосами.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что отмывочная колонна содержит распределительные тарелки, имеющие направляющие лопатки.