АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ АДСОРБЕР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2024 года по МПК C02F1/28 B01D15/02 B01D15/10 G05D9/00 G05D11/00 G05D19/00 

Изобретение относится к области защиты окружающей среды и может быть использовано для сорбционной доочистки сточных вод предприятий угледобывающей, химической, металлургической и др. отраслей промышленности, характеризующихся наличием контаминантов как органической, так и неорганической природы, например, бензола, фенола, ионов марганца, железа и др.

Известен адсорбер с движущимся слоем адсорбента (патент РФ 2806348, B01D 15/02, B01D 15/10, C02F 1/28, опубл. 31.10.2023, Бюл. №31). Аппарат состоит из цилиндрического корпуса, в нижней части которого установлено перфорированное ложное днище, выполненное в форме перевернутой трапеции, нижняя часть которой формирует шнековую камеру, в одной из торцевых стенок которой закреплено шлюзовое устройство для выгрузки отработанного адсорбента. В центральной части корпуса в шахматном порядке установлены горизонтальные перегородки, выполненные из перфорированных уголков, на полках которых имеются борта, задерживающие адсорбент в объеме рабочей зоны аппарата. Между горизонтальными перегородками формируются щели, обеспечивающие зигзагообразное перемещение адсорбента по высоте аппарата. В верхней части корпуса расположен перфорированный кольцевой приемник очищенной воды, соединенный со штуцером для ее отвода из аппарата. Под конической крышкой аппарата расположена система концентрических колец, обеспечивающая равномерное распределение адсорбента по поперечному сечению корпуса. Кольца имеют двускатное поперечное сечение и установлены так, чтобы поток адсорбента, осыпающегося с верхнего кольца, попадал на вершину нижнего, тем самым разделяясь на два равных потока.

Подача сухого адсорбента осуществляется из бункера, в нижней части которого установлен лопастной питатель, частота вращения которого будет определять количество подаваемого адсорбента. В днище аппарата вмонтирован пульсатор, формирующий колебания давления по высоте столба жидкости. Для подачи очищаемых сточных вод предусмотрен штуцер, расположенный в нижней части корпуса.

Данная установка имеет следующие недостатки:

- в установке не отражаются особенности протекания адсорбционных процессов, в частности при изменении концентрации контаминантов или общего расхода воды, подаваемой на очистку;

- не при всех режимах работы качество очистки воды соответствует заданным характеристикам;

- недостаточная эффективность работы установки из-за отсутствия автоматического регулирования процесса очистки.

Известен способ автоматического управления процессом ионообменной сорбции аминокислот из сточных вод в непрерывном режиме (RU 2737773 С1, МПК B01J /14, C02F 1/42, опубл. 02.12.2020, Бюл. №34). Недостатком этого способа является ограниченная возможность использования системы автоматизации, так как она рассчитана для узкого типа аппаратов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является адсорбер (RU 2806348, МПК: B01D 15/02; C02F 1/28, опубл. 31.10.2023, Бюл. №31). Недостатками устройства являются отсутствие системы контроля качества очищенной воды, возможность нарушения процесса очистки при неконтролируемом опустошении бункера подачи сухого адсорбента.

Изобретение решает задачу стабилизации качества очистки сточных вод при оптимизированном расходе адсорбента за счет полноценного использования его сорбционной емкости.

Для решения поставленной задачи в автоматизированный адсорбер для очистки сточных вод, включающий цилиндрический корпус с перфорированными перегородками для организации движения адсорбента по высоте устройства, шнековую камеру с шлюзовым устройством выгрузки адсорбента, конический бункер с лопастным питателем и пульсатор, предлагается установить в нижней части систему регулирования уровня отработанного адсорбента для стабилизации его выгрузки и систему регулирования частоты вращения двигателя пульсатора в зависимости от расхода исходной сточной воды, которая обеспечивает полноценное использование сорбционной емкости адсорбента, а в верхней части, систему регулирования расхода подаваемого в аппарат адсорбента в зависимости от концентрации выделяемых контаминантов в исходной сточной воде.

Автоматизированный адсорбер для очистки сточных вод снабжен рядом датчиков для измерения:

концентрации контаминантов в исходной воде - АЕ1-4;

концентрации контаминантов в очищенной воде - АЕ3-1;

расхода исходной сточной воды, подаваемой на очистку, - FE2-4;

уровня отработанного адсорбента в нижней части аппарата - LE4-1;

частоты вращения двигателя лопастного питателя - SE1-1;

частоты вращения двигателя пульсатора - SC2-1.

В адсорбере установлены блоки управления, осуществляющие по сигналам измерительных датчиков программное управление:

двигателем лопастного питателя M1 - SC1-2;

двигателем пульсатора М2 - SC2-2;

двигателем шнека с шлюзовым устройством М3 - LC4-2.

В адсорбере установлены корректирующие блоки, изменяющие величину заданной частоты вращения:

двигателя лопастного питателя M1 в зависимости от сигналов датчиков концентрации контаминантов в исходной сточной воде АЕ1-4 и концентрации контаминантов в очищенной воде АЕ3-1 - SY1-3;

двигателя пульсатора М2 в зависимости от сигнала датчика расхода исходной сточной воды FE2-4 и от сигнала датчика концентрации контаминантов в очищенной воде АЕ3-1 - SY2-3. В адсорбере установлены сигнализаторы:

максимальной концентрации контаминантов в очищенной воде АА3-2;

максимального уровня отработанного адсорбента LA4-3;

минимального уровня адсорбента в верхнем бункере LA5-1.

Сигнализаторы позволяют исключить выход адсорбера за пределы допустимых режимов работы.

Изобретение иллюстрируется чертежами: на фиг. 1 изображена схема заявленного адсорбера. На схеме приняты следующие обозначения: 1 - цилиндрический корпус с перфорированными перегородками, 2 - шнек для выгрузки отработанного адсорбента, 3 - шлюзовое устройство, 4 - лопастной питатель, 5 - пульсатор, 6 - бункер, M1 - двигатель лопастного питателя, М2 - двигатель пульсатора, М3 - двигатель шнека с шлюзовым устройством, SE1-1 - датчик частоты вращения двигателя лопастного питателя M1, SE2-1 - датчик частоты вращения двигателя пульсатора М2, АЕ1-4 - датчик концентрации контаминантов в исходной сточной воде, АЕ3-1 - датчик концентрации контаминантов в очищенной воде, LE4-1 - датчик уровня отработанного адсорбента, FE2-4 - датчик расхода исходной сточной воды, АА3-2 - сигнализатор максимальной концентрации контаминантов в очищенной воде, LA4-3 - сигнализатор максимального уровня отработанного адсорбента, LA5-1 - сигнализатор минимального уровня сухого адсорбента в бункере 4, SC1-2 - блок управления двигателем питателя M1, SC2-2 - блок управления двигателем пульсатора М2, LC4-2 - блок управления двигателем шнека с шлюзовым устройством М3, SY1-3 - корректирующий блок двигателя лопастного питателя M1, SY2-3 - корректирующий блок двигателя пульсатора М2.

Устройство работает следующим образом. Исходная сточная вода поступает в нижнюю часть адсорбер под перфорированное ложное днище и поднимается вверх, проходя через слои адсорбента, расположенного на горизонтальных перфорированных перегородках, установленных в шахматном порядке в корпусе 1. На поток обрабатываемых фаз (вода -адсорбент) от пульсатора 5 накладывается возвратно-поступательное движение, формирующее разнонаправленные микроструи жидкости, проходящие через отверстия перфорации горизонтальных перегородок. Знакопеременные колебания потока формируются с помощью пульсатора 5, а их частота определяется частотой вращения двигателя М2, которая измеряется датчиком SE2-1 и регулируется блоком управления SC2-2. При этом частота и скорость вращения двигателя, а, следовательно, и частота пульсаций микроструй, задается корректирующим блоком SY2-3 в зависимости от сигнала датчика расхода исходной сточной воды FE2-4 и от сигнала датчика концентрации контаминантов в очищенной воде АЕ3-1.

Гранулы сухого адсорбента подаются в устройство из бункера 6 через лопастной питатель 4. Количество подаваемого сухого адсорбента определяется частотой вращения двигателя M1, которая измеряется датчиком SE1-1, регулируется блоком управления SC1-2 и задается корректирующим блоком SY1-3 в зависимости от сигналов датчиков концентрации контаминантов в исходной сточной воде АЕ1-4 и концентрации контаминантов в очищенной воде АЕ3-1.

Пройдя последний нижний ряд горизонтальных перегородок, гранулы адсорбента собираются на поверхности перфорированного ложного днища и по нему опускаются в шнековую камеру, откуда шнеком 2 подаются в шлюзовое устройство 3. Уровень отработанного адсорбента измеряется датчиком LE4-1 и регулируется блоком управления LC4-2, который изменяет частоту вращения двигателя М3, определяющего скорость выгрузки отработанного адсорбента, обеспечивая стабилизацию уровня гранул адсорбента на поверхности ложного днища.

Очищенная вода собирается в верхнем кольцевом приемнике и отводится из адсорбера через патрубок.

В разработанной схеме предусмотрена сигнализация следующих аварийных ситуаций:

- закупорка шлюзового устройства 3, приводящая к превышению максимального уровня отработанного адсорбента - контролируется сигнализатором LA4-3;

- отсутствие сухого адсорбента в бункере 4 из-за нарушения его подачи в устройство - контролируется сигнализатором LA5-1;

- снижение качества очищенной воды, т.е. повышение концентрации контаминантов в ней, при максимальной подаче сухого адсорбента и максимальной частоте работы пульсатора - контролируется сигнализатором АА3-2.

Проведены испытания предложенного изобретения при доочистке сточных вод угольных карьеров, содержащих ионы железа, при использовании активного угля СКД-515. Работа предложенного адсорбера сравнивалась с ближайшим аналогом по патенту RU 2806348.

Зависимость степени очистки сточных вод, выраженная в виде безразмерной концентрации ионов загрязнителя С/С₀ во времени, показана в таблице 1. Процесс проводили до достижения концентрации загрязнителя в фильтрате 0,9⋅С₀.

Из таблицы 1 видно, что эффективность предложенного адсорбера превышает ближайший аналог благодаря следующим решениям:

- исключение аварийных ситуаций, влияющих на постоянство качества очищенной воды,

- регулирование уровня отработанного адсорбента для стабилизации его выгрузки,

- система регулирования частоты вращения двигателя пульсатора в зависимости от расхода исходной сточной воды, которая обеспечивает полноценное использование сорбционной емкости адсорбента,

- обеспечение повышения коэффициента использования адсорбента вследствие определения оптимального соотношения частоты пульсаций потока и количества подаваемого адсорбента,

- оперативный учет основных возмущающих факторов, обусловленных колебаниями расхода подаваемой сточной воды и концентрации контаминантов в ней,

Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволяет получить следующий технический результат - оптимизация использования адсорбента при обеспечении необходимого качества очистки сточных вод.

Изобретение относится к области защиты окружающей среды и может быть использовано для сорбционной доочистки сточных вод предприятий угледобывающей, химической, металлургической и др. отраслей промышленности, характеризующихся наличием контаминантов как органической, так и неорганической природы, например, бензола, фенола, ионов марганца, железа и др. Автоматизированный адсорбер для очистки сточных вод содержит цилиндрический корпус с горизонтальными перфорированными перегородками, пульсатор, перфорированное ложное днище, бункер с лопастным питателем, шнековую камеру со шнеком и шлюзовым устройством, датчик частоты вращения двигателя лопастного питателя, датчик частоты вращения двигателя пульсатора, датчики концентрации контаминантов в исходной сточной и очищенной воде, датчик уровня отработанного адсорбента, датчик расхода исходной сточной воды, сигнализатор максимальной концентрации контаминантов в очищенной воде, сигнализатор максимального уровня отработанного адсорбента, сигнализатор минимального уровня сухого адсорбента в бункере, блоки управления двигателями лопастного питателя, пульсатора и шнека с шлюзовым устройством, корректирующие блоки двигателей лопастного питателя и пульсатора. Технический результат - оптимизация использования адсорбента при обеспечении необходимого качества очистки сточных вод. 1 ил., 1 табл.

Автоматизированный адсорбер для очистки сточных вод, содержащий цилиндрический корпус с горизонтальными перфорированными перегородками, пульсатор, перфорированное ложное днище, бункер с лопастным питателем, шнековую камеру со шнеком и шлюзовым устройством, отличающийся тем, что в нем дополнительно установлены датчик частоты вращения двигателя лопастного питателя, датчик частоты вращения двигателя пульсатора, датчики концентрации контаминантов в исходной сточной и очищенной воде, датчик уровня отработанного адсорбента, датчик расхода исходной сточной воды, сигнализатор максимальной концентрации контаминантов в очищенной воде, сигнализатор максимального уровня отработанного адсорбента, сигнализатор минимального уровня сухого адсорбента в бункере, блоки управления двигателями лопастного питателя, пульсатора и шнека с шлюзовым устройством, корректирующие блоки двигателей лопастного питателя и пульсатора.