Устройство для очистки воды Российский патент 2023 года по МПК B01D21/08 

Изобретение относится к устройствам для очистки природных и сточных вод от загрязнений и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, металлургии, машиностроении и других отраслях промышленности.

Из патента РФ № 2493899 на изобретение известен аппарат для осветления жидкости, содержащий цилиндрический корпус, концентрически расположенную в нем цилиндрическую камеру хлопьеобразования, переходящую в нижней части в усеченный конус, систему подвода исходной жидкости, выполненную с возможностью подачи исходной жидкости в камеру хлопьеобразования тангенциально, систему отвода всплывающих примесей, систему отвода осадка, систему отвода осветленной воды, камеру очистки, камеру доочистки, размещенные в камере очистки наклонные тонкослойные осадительнные элементы, при этом камеры очистки и доочистки образуют зону отстаивания, при этом верхняя часть камеры хлопьеобразования выступает из корпуса наружу, а зона отстаивания содержит несколько камер очистки и доочистки, которые чередуются и соединены между собой таким образом, что наружная поверхность зоны отстаивания имеет форму правильной прямой призмы и образована наружными стенками камер очистки и доочистки, соединенными герметично, а внутренняя поверхность является выступающей верхней частью цилиндрической камеры хлопьеобразования, причем зона отстаивания размещена сверху цилиндрического корпуса аппарата и своим основанием герметично соединена с его корпусом и с камерой хлопьеобразования по длине их окружностей, при этом камеры очистки не имеют дна внутри корпуса аппарата и представляют собой наклонные прямоугольные в поперечном сечении призмы с вертикальными внутренними и наружными стенками, при этом крайние наклонные тонкослойные осадитсльные элементы, установленные в камерах очистки, являются наклонными боковыми стенками призмы, причем высота внутренней вертикальной стенки камеры очистки и наклонных боковых стенок превышает уровень жидкости в камере, а высота наружной вертикальной стенки ниже уровня жидкости, причем наклонные тонкослойные осадительные элементы установлены в камерах очистки параллельно друг другу, при этом камеры доочистки расположены в углах зоны отстаивания, а крайние наклонные тонкослойные осадительные элементы камеры очистки являются одновременно внутренними боковыми стенками камер очистки и доочистки и герметично отделяют камеры друг от друга, кроме того, камеры доочистки снабжены дном, которое герметично соединено с собственными наружными стенками, с наружной боковой поверхностью выступающей из корпуса части камеры хлопьеобразования и с внутренней вертикальной и боковой наклонной стенками камер очистки, кроме того, в зону отстаивания введены лотки, которые герметично закреплены вдоль наружных вертикальных стенок камер очистки ниже уровня очищаемой жидкости, при этом слив лотка герметично сообщен с камерой доочистки, причем уровень очищаемой жидкости в камере доочистки ниже, чем в камере очистки, кроме того, устройства для отвода осветленной жидкости и устройство для удаления всплывающих примесей размещены в камерах доочистки, при этом устройство для отвода осветленной жидкости состоит из трубы-стояка с переливом и патрубка для вывода жидкости из аппарата, который выходит за пределы корпуса аппарата, при этом трубы-стояки расположены своей кромкой перелива ниже уровня очищаемой жидкости в камере доочистки, при этом устройство для удаления всплывающих примесей включает в себя погружную перегородку, охватывающую трубу-стояк, и средства для вывода всплывающих примесей.

Недостатками аппарата для осветления жидкости по патенту № 2493899 являются:

- сложность конструкции аппарата;

- отсутствие в конструкции аппарата камеры реакции (смесителя воды с реагентами) и оснащение его только камерой флокуляции (камерой хлопьеобразования). Поскольку весь процесс хлопьеобразования состоит из двух последовательно протекающих и плавно переходящих друг в друга стадий реакции (с образованием микрохлопьев) и флокуляции (с образованием макрохлопьев), то указанное приводит к необходимости дополнения технологической линии очистки воды отдельной камерой реакции, устанавливаемой перед этим аппаратом. В результате усложняется технологическая линия, а при транспортировке образующихся микрохлопьев между камерами реакции и флокуляции возможно их разрушение, что приводит к снижению качества очистки воды.

- недостаточная эффективность гидравлического способа перемешивания воды в камере флокуляции - путем тангенциальной подачи струй очищаемой воды через сопла в начале камеры. При этом происходит слишком быстрое, чем это необходимо, снижение интенсивности перемешивания вследствие трения вращающейся воды о стенки камеры. Результатом является снижение эффективности стадии флокуляции и, следовательно, всего процесса хлопьеобразования и качества очищенной воды.

Из патента РФ № 2338575 на изобретение известен аппарат для осветления воды, содержащий корпус с коаксиально расположенной в нем конической перегородкой, разделяющей камеры реакции и флокуляции, узел подвода исходной воды и узел отвода осветленной воды, при этом кромка верхней части конической перегородки расположена выше уровня воды в камере реакции, который выше уровня воды в камере флокуляции, а в верхней части конической перегородки непосредственно ниже уровня воды в камере флокуляции размещены сопла для передачи воды из камеры реакции в камеру флокуляции.

Недостатком аппарата для осветления воды по патенту № 2338575 является неэффективный способ гидравлического перемешивания воды в камерах реакции и флокуляции - путем тангенциальной подачи струй очищаемой воды через сопла в их начало. При этом происходит слишком быстрое, чем это необходимо, снижение интенсивности перемешивания вследствие трения вращающейся воды о стенки обеих камер. Кроме того, при передаче воды из камеры реакции в камеру флокуляции с помощью оборудованных соплами напорных трубопроводов, возможно разрушение образованных микрохлопьев. Результатом является снижение эффективности стадий реакции и флокуляции, суммарного процесса хлопьеобразования и качества очищенной воды.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением - создание простого и эффективного устройства для очистки и осветления воды; расширение арсенала средств для очистки и осветления воды.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, - повышение эффективности процесса очистки воды, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей, удобство в эксплуатации.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для очистки и воды, содержащем корпус, камеры реакции и флокуляции, камеру отстаивания с тонкослойными осадительными элементами, размещенную соосно с корпусом, и закрепленную внутри корпуса цилиндроконическую перегородку, отделяющую камеру отстаивания от камер реакции и флокуляции, верхний край корпуса, являющегося наружной стенкой камеры отстаивания, расположен ниже верхнего края цилиндроконической перегородки, цилиндроконическая перегородка установлена в корпусе на расстоянии от днища корпуса с образованием между низом камеры флокуляции и днищем корпуса зоны накопления и уплотнения осадка, сообщенной по своему периметру с камерой остаивания, узел подвода исходной воды и узел отвода очищенной воды, узел удаления осадка, сообщенный с зоной накопления и уплотнения осадка, согласно изобретению, в камере флокуляции выделены посредством соответствующих плоских перегородок камеры реакции, каждая камера реакции ограничена частью цилиндрической перегородки, двумя боковыми наклонными плоскими стенками, соединенными между собой плоской соединительной перегородкой, расположенной напротив цилиндрической стороны камеры, в поперечном сечении боковые стенки каждой камеры реакции выполнены наклоненными друг от друга с образованием между ними угла β, в продольном сечении каждая боковая сторона камеры реакции выполнена в форме сужающейся книзу камеры трапеции с образованием между вертикальной стороной цилиндроконической перегородки и соединительной перегородкой сектора угла α, камеры расположены на расстоянии друг от друга равномерно по внутреннему периметру цилиндроконической перегородки, камеры реакции выполнены одинаковой высоты и расположены ниже верхнего края цилиндроконической перегородки, каждая камера снабжена узлом подвода исходной воды и раствора реагента в нижнюю часть камеры, тонкослойные осадительные элементы установлены в камере отстаивания на расстоянии друг от друга с образованием каналов соответствующего сечения, обеспечивающих в них ламинарный режим движения воды.

Тонкослойные осадительные элементы установлены в камере отстаивания под наклоном, обеспечивающим периодическое самотечное движение накопленного осадка вниз по направлению к зоне накопления и уплотнения осадка.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение заявляемого устройства для очистки воды.

На фиг. 2 изображен вид сверху заявляемого устройства для очистки воды.

Позиции на фигурах:

1 - корпус;

2 -цилиндроконичесая перегородка;

3 -камера отстаивания;

4 - осадительные элементы;

5 - днище корпуса;

6 -зона накопления осадка;

7 - узел подвода исходной воды;

8 - узел отвода очищенной воды;

9 - узел удаления осадка;

10 -камеры реакции

11 - боковые стенки камер реакции 10;

12 - соединительные перегородки;

13 -камера флокуляции;

14 - зона перехода воды из камер реакции в камеру флокуляции.

Устройство для очистки воды содержит корпус 1; камеры 10 реакции и камеру 13флокуляции, камеру 3 отстаивания с тонкослойными осадительными элементами 4, размещенную соосно с корпусом 1 и закрепленную внутри корпуса 1 цилиндроконическую перегородку 2, отделяющую камеру 3 отстаивания от камер 10 реакции и флокуляции 13; верхний уровень камеры 3 отстаивания расположен ниже верхнего края цилиндроконической перегородки 2.Цилиндроконическая перегородка 2 установлена в корпусе 1 на расстоянии от днища 5 корпуса 1 с образованием между цилиндроконической перегородкой 2 и днищем 5 корпуса зоны накопления осадка 6, сообщенной по своему периметру с камерой 3 остаивания; узел 7 подвода исходной воды и узел 8 отвода очищенной воды; узел 9 удаления осадка, оснащенный скребковым механизмом и сообщенный с зоной накопления осадка 6 в корпусе1. Во внутренней полости аппарата, образованной цилиндроконической перегородкой 2, выделены посредством соответствующих плоских перегородок камеры 10 реакции. Каждая камера 10 ограничена цилиндрической частью цилиндроконической перегородки 2, двумя боковыми наклонными плоскими стенками 11, соединенными между собой плоской соединительной перегородкой 12, расположенной напротив цилиндрической стороны камер 10 реакции. В поперечном сечении боковые стенки 11 каждой камеры 10 выполнены наклоненными друг от друга с образованием между ними угла β; в продольном сечении каждая боковая сторона 11 камеры 10 выполнена в форме сужающейся книзу камеры 10 трапеции с образованием между вертикальной стороной перегородки 2 и соединительной перегородкой 12 камеры 10 угла α. Камеры 10 расположены на расстоянии друг от друга равномерно по внутреннему периметру перегородки 2. Камеры10 выполнены одинаковой высоты и их верх расположен ниже верхнего края перегородки 2. Каждая камера 10 снабжена узлом подвода исходной воды в нижней части камеры 10, при этом каждая камера 10 предназначена для подачи в нее исходной воды с введенным в нее реагентом. Тонкослойные осадительные элементы 4 установлены в камере 3 отстаивания на расстоянии друг от друга с образованием каналов близкого к прямоугольному сечения (на фигурах не показаны), обеспечивающих ламинарный режим движения воды. При этом тонкослойные осадительные элементы 4 установлены в камере 3 отстаивания с наклоном, обеспечивающим самотечное движение осажденных хлопьев (осадка) вниз по направлению к зоне накопления осадка 6.

Вода, которую необходимо подвергать очистке, через каждый отдельный узел 7 подвода исходной воды вместе с введенным в нее раствором реагента подается через сопло в нижнюю часть каждой камеры реакции 10. В каждой камере 10 реакции вследствие постоянного увеличения по ходу воды ее сечения устанавливается определенный гидродинамический режим перемешивания, при котором обеспечивается равномерное распределение в воде ранее введенного раствора реагентов, их взаимодействие (реакция) с содержащимися в воде компонентами и образование первичных агрегатов загрязнений (микрохлопьев). Выполнение камер реакции 10 равномерно расширяющимися кверху обеспечивает непрерывный подвод энергии и постепенное снижение интенсивности перемешивания исходной воды с реагентом по всей ее высоте с самого низа камер 10, т.е. фактически по всему их объему.

Вода, выходящая вверх из камер 10 реакции, поступает в вышерасположенное цилиндрическое пространство14, являющееся зоной перехода воды из камер реакции 10 в камеру флокуляции 13.

В камере флокуляции при движении воды сверху вниз с постепенно уменьшающейся скоростью при непрерывном перемешивании происходят процессы флокуляции - образования из поступивших с водой микрохлопьев крупных хлопьев осадка. Большая часть образовавшихся хлопьев осаждается и накапливается в зоне 6, а меньшая часть - более мелких хлопьев, перемещается с потоком воды в камеру отстаивания 3.

При вертикальном перемещении воды в камерах реакции и флокуляции, вследствие постоянного увеличения их сечения, возникают горизонтальные потоки, обеспечивающие непрерывный подвод энергии. Одновременно при этом постепенно снижается средний градиент скорости перемешивания. В камере флокуляции это, с одной стороны, предотвращает разрушение увеличивающихся в размерах хлопьев, а, с другой стороны, обеспечивает их постоянный рост и получение крупных, более тяжелых хлопьев (осадка).

Таким образом, в предлагаемом решении происходит оптимальный непрерывный процесс хлопьеобразования, плавно переходящий из стадии реакции в стадию флокуляции.

Вода с образовавшимися хлопьями поступает в камеру отстаивания 3. В камере отстаивания 3 происходит осаждение хлопьев на тонкослойных осадительных элементах 4. По мере накопления хлопьев на осадительных элементах 4, образовавшийся осадок уплотняется и периодически самотеком лавинообразно удаляется в зону накопления осадка, где происходит его дальнейшее уплотнение. По мере накопления осадка он периодически перемещается к центру аппарата с помощью скребкового механизма зоны накопления осадка, откуда самотеком или насосом подается через узел 8 на переработку.

Выполнение камер 10 одинаковой высоты на уровне ниже верхнего края перегородки 2 исключает четкое деление объема камеры хлопьеобразования на камеры реакции и флокуляции (хлопьеобразования). Поэтому перемещение обработанной реагентами воды из камер 10 реакции во входную зону 14 камеры 13 флокуляции по гидравлической схеме затопленного водослива с сопряжением уровней воды на близких отметках обеспечивает неразрушаемость первичных микрохлопьев и непрерывность процесса. Т.е. в зоне 14 продолжается постепенный переход от стадии реакции к стадии флокуляции.

Возможность подачи исходной воды одновременно во все параллельно работающие камеры 10 обеспечивает, по сравнению с наиболее близким аналогом, снижение продолжительности взаимодействия реагентов с компонентами воды, которое происходит по всему объему камеры10, каждая из которых имеет значительно меньший объем, чем камера реакции в наиболее близком аналоге. Для обеспечения протекания реакции по всему объему камеры реакции, в которую исходная вода подается только из одного узла подвода исходной воды, в наиболее близком аналоге требуется значительно большее время.

Вода с образовавшимися хлопьями через зону 6 накопления осадка поступает в камеру 3 отстаивания. При прохождении воды между осадительными элементами 4 хлопья (осадок) из воды осаждаются и накапливаются на осадительных элементах 4. Для исключения турбулентности потока, приводящей к разрушению образующихся хлопьев, геометрические размеры и расстояние между осадительными элементами 4 выбираются из условия обеспечения ламинарного режима потока воды. Накопившиеся на осадительных элементах 4 хлопья самотеком двигаются под собственным весом вниз по внешней наклонной стенке на днище 5 зоны 6. Из аппарата осадок удаляется через узел 9, оснащенный скребковым механизмом.

Для обеспечения самотечного удаления осадка (хлопьев) с осадительных элементов 4 они наклонены относительно горизонтали на угол 50 - 60 °.

Достижение технического результата, заключающегося в повышении качества очистки воды, повышении эффективности процесса очистки, упрощении конструкции, расширении функциональных возможностей, удобстве в эксплуатации обусловлено следующим.

Упрощение конструкции достигается за счет того, что оснащение, в отличие от аналогов, заявляемого аппарата встроенными камерами реакции (эквивалентный термин - смесители), предназначенными для выполнения процессов быстрого и равномерного смешения исходной воды с реагентами, их взаимодействия (коагуляция, сорбция, химическая реакция) с компонентами очищаемой воды и начала процесса хлопьеобразования, исключает необходимость установки в технологической линии очистки воды, до предлагаемого аппарата, отдельных аппаратов - камер реакции с их инфраструктурой - межаппаратных технологических коммуникаций и других компонентов, что приводит к снижению стоимости технологической линии очистки воды.

Камеры реакции, камера флокуляция и камера отстаивания предлагаемого аппарата частично имеют общие стенки, что упрощает конструкцию и удешевляет изготовление аппарата ориентировочно до 10%.

Повышение качества очистки достигается за счет того, что непосредственный, внутриаппаратный, без промежуточных коммуникаций переход воды из камер реакции в камеру флокуляции исключает вероятность турбулизации потока воды и, следовательно, разрушения первичных флокул (хлопьев), и, тем самым, способствует увеличению крупности и плотности флокул, окончательно формирующихся в камере флокуляции, повышая эффективность работы всей камеры хлопьеобразования и всего процесса очистки воды.

В камерах реакции и флокуляции водоворотного типа с горизонтальной тангенциальной подачей воды, которыми оборудованы известные аппараты, происходит более интенсивное, чем это необходимо, снижение скорости вращения воды вследствие ее трения о стенку камер, что приводит к недостаточной интенсивности перемешивания и снижению эффективности этих процессов. В камерах реакции и флокуляции вихревого типа, которыми оборудован заявляемый аппарат, подвод энергии для перемешивания происходит непрерывно по всему пути движения воды за счет постоянного увеличения сечения аппарата по высоте. Поэтому темпы необходимого снижения скорости и интенсивности перемешивания по ходу воды близки к оптимальным, обеспечивающим в итоге получение крупных, плотных, быстро осаждающихся хлопьев. Это приводит к повышению качества очищенной воды при равных условиях процесса отстаивания заявляемого аппарата и прототипа, что свидетельствует о повышении эффективности процесса очистки воды.

Расширение функциональных возможностей достигается за счет того, что наличие в заявляемом аппарате нескольких параллельно работающих камер реакции, вместо одной камеры или отдельного внешнего аппарата - реактора (смесителя), создает возможности для многовариантных схем дозирования реагентов.

Единая поверхность воды в камерах реакции и флокуляции упрощает конструкцию устройств для сбора и удаления всплывающих нефтепродуктов, что повышает удобство эксплуатации.

Согласно экспертной оценке, эффективность очистки разных видов воды, при равной гидравлической нагрузке с известным аппаратом, возрастает от 5 до 15%. Расчет всех технологических элементов предлагаемого аппарата может быть выполнен по источнику: Клячко В.А., Апельцин И.Э. «Очистка природных вод», Стройиздат . М. 1971г. 579 с.

Изобретение относится к устройствам для очистки природных и сточных вод от загрязнений и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, металлургии, машиностроении и других отраслях промышленности. Устройство для очистки воды содержит корпус, камеры реакции и флокуляции, камеру отстаивания с тонкослойными осадительными элементами, размещенную соосно с корпусом, и закрепленную внутри корпуса цилиндроконическую перегородку, отделяющую камеру отстаивания от камер реакции и флокуляции, верхний край корпуса, являющегося наружной стенкой камеры отстаивания, расположен ниже верхнего края цилиндроконической перегородки, цилиндроконическая перегородка установлена в корпусе на расстоянии от днища корпуса с образованием между низом камеры флокуляции и днищем корпуса зоны накопления и уплотнения осадка, сообщенной по своему периметру с камерой остаивания, узел подвода исходной воды и узел отвода очищенной воды, узел удаления осадка, оснащенный скребковым механизмом и сообщенный с зоной накопления и уплотнения осадка. В камере флокуляции выделены посредством соответствующих плоских перегородок камеры реакции. Каждая камера реакции ограничена частью цилиндрической перегородки, двумя боковыми наклонными плоскими стенками, соединенными между собой плоской соединительной перегородкой, расположенной напротив цилиндрической стороны камеры. В поперечном сечении боковые стенки каждой камеры реакции выполнены наклоненными друг от друга с образованием между ними угла β. В продольном сечении каждая боковая сторона камеры реакции выполнена в форме сужающейся книзу камеры трапеции с образованием между вертикальной стороной цилиндроконической перегородки и соединительной перегородкой сектора угла α. Камеры расположены на расстоянии друг от друга равномерно по внутреннему периметру цилиндроконической перегородки. Камеры реакции выполнены одинаковой высоты и расположены ниже верхнего края цилиндроконической перегородки, каждая камера снабжена узлом подвода исходной воды и раствора реагента в нижнюю часть камеры. Тонкослойные осадительные элементы установлены в камере отстаивания на расстоянии друг от друга с образованием каналов, обеспечивающих в них ламинарный режим движения воды. Технический результат: повышение эффективности процесса очистки воды, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей, удобство в эксплуатации. 2 ил.

Устройство для очистки воды, содержащее корпус, камеры реакции и флокуляции, камеру отстаивания с тонкослойными осадительными элементами, размещенную соосно с корпусом, и закрепленную внутри корпуса цилиндроконическую перегородку, отделяющую камеру отстаивания от камер реакции и флокуляции, верхний край корпуса, являющегося наружной стенкой камеры отстаивания, расположен ниже верхнего края цилиндроконической перегородки, цилиндроконическая перегородка установлена в корпусе на расстоянии от днища корпуса с образованием между низом камеры флокуляции и днищем корпуса зоны накопления и уплотнения осадка, сообщенной по своему периметру с камерой остаивания, узел подвода исходной воды и узел отвода очищенной воды, узел удаления осадка, сообщенный с зоной накопления и уплотнения осадка, отличающееся тем, что в камере флокуляции выделены посредством соответствующих плоских перегородок камеры реакции, каждая камера реакции ограничена частью цилиндрической перегородки, двумя боковыми наклонными плоскими стенками, соединенными между собой плоской соединительной перегородкой, расположенной напротив цилиндрической стороны камеры, в поперечном сечении боковые стенки каждой камеры реакции выполнены наклоненными друг от друга с образованием между ними угла β, в продольном сечении каждая боковая сторона камеры реакции выполнена в форме сужающейся книзу камеры трапеции с образованием между вертикальной стороной цилиндроконической перегородки и соединительной перегородкой сектора угла α, камеры расположены на расстоянии друг от друга равномерно по внутреннему периметру цилиндроконической перегородки, камеры реакции выполнены одинаковой высоты и расположены ниже верхнего края цилиндроконической перегородки, каждая камера снабжена узлом подвода исходной воды и раствора реагента в нижнюю часть камеры, тонкослойные осадительные элементы установлены в камере отстаивания на расстоянии друг от друга с образованием каналов, обеспечивающих в них ламинарный режим движения воды.