Способ окисления сточных вод и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК C02F3/20 C02F103/20 C02F103/32 

-17 Изобретение относится к ...1лв сточных вод путем окисления содержа щихся в них органических веществ и может быть исаользовано в пищевой, химической промьшшенности и в седьском хозяйстве. Цель изобретения - интенсификация процесса окисле1шя и снижение удель;ных энергетических затрат, i Снособ окисления сточных вод вкляк чает обработку сточной воды на режиме гидродинамической кавитации которая осуществляется в проточной камере при одновременной эжекции окислительного ;газа по полому валу и каналам вьшолвенным в теле лопастей, в полость ка витационной каверны, образующейся за лопастями. Газовый ркйслитель подается в каверну пульсационно вследствие изменения частоты открытия и закрытия электрозадвижки, устайовленной на вхо де полого вала, по сигналу от датчика давле1 1Яу установленного .ЭалОпастями кавитационной каверны. Об1 азу10щаяся двухфазная пузырьковая смесь;подвергается воздействию ударных волн Обработку сточной воды проводят лрй числах кавитации 0,5-i,0. На фиг. 1 изображено устройство тш реализации способа окисления сточныэс вод; на фиг. 2 - на трубопроводе, сообщающемся с атмосферойi Устройство содержит цсфкуляцйонбьй насос 1, трубопровод 2с рЪгулирующим вентилем 3, конфузор 4, прОточ-, ную камеру 5. По центру {фоточной камеры расположен трубопровод 6, на котором закреплены лопасти 7, в теле ко торых вьиюлнены каналы 8, выходящие на их тыльную сторону и сообщающиеся посредством трубопровода 6 с: атмосферой. Устройство снабжено также Электрозадвижкой 9, соплом 10 Лаваля, уста новленным на расстоянии (29-31)1 от места установки лопастей 7 (1 - длина лопасти), диффузором 11, вентилями 12 и 13. Датчик 14 давления установлен за лопастями 7 и соединен с блоком 15 управления и исполнительным механизмом 16. Блок управления состоит из усилителя, устройства сравнения (компаратора) и упра1вляющего задающего генератора. Исполнительный механизм представля ет собой реверсивный управляющий хДВИгатель, например РД-09. 5 Лопасти 7 выполнены с суперкавитирующим профилей : острой передней кромКОЙ, , ; ; . , -Устройство работает следующим образом. Сточная вода через вентиль 12 заполняет циркуляционный контур. Циркуляционным HacocoiM 1 по трубопроводу 2 через конфузор 4 сточная вода пода- етёя в цротрчную, камеру 5. Расход жидкости в даркуляцирннон контуре регу лируется iBeHt meM 3. В проточной камере 5 при обтекаши лопастей 7 образуется кавитациояпая каверна. Через трубопровод б и каналы 8 из атмосферы в каверну зжектирУется/воздух, расход которого изменяется посредством электрозадвижки 9, расположенной на входной части тррубопровода 6. Пульсаций зжект ируемого воздуха сообщают Каверне существенно нестационарный характер. На выходе проточной части образуете двухфазная пузырьковая смесь, состоящая из кавитационных и газоёых пузырьков. Благодаря пульсациям каверны часть кавитациоиных пузырьков () схлопываются и возникающие при этом .. кумулятивные струйки оказывают разрушающее воздействие на газовые пузыры. .ки.При этом молекулы воды расщепляют на ; радикалы СИ и , Окислительные радикаогШ и кислород воздуха переходят в сточн . вОду и вступавя в реакцию окисления. Далее двухфазная пузырьковая смесь поступает в сопло Лаваля со скоростью м/с, в результате чего образуются ударные вОлны, представляющие собой систему скачков плотностей, давлений и т.д. Они препятствуют коалесценции мелких аузырьков и способствуют дальнейшему растворению кавитационных и газовых пуз1лрьков. Сопло 10 Лаваля переходит в диффузор 11, в котором скорость потока падает при одновременном повышении давления. В нем происходит окончательное растворение оставшихся кавитационных пузьрькОв. : Увеличение расхода зжектируемого воздуха вызывает повышение давления в каверне за лопастями. Электрический сигнал от датчика 14 давления, например ДЦ-9, поступает на- усилитель блока 15 управления, а затем на устройство сравнения где сравнивается заданная, частота пульсаций давления (например, 10 Гц) с той, которая реально у существует в проточной камере и изме, ряется датчиком 14 давления.В соответ ствии с этим сигнал управления через задающий управляемый генератор поступает на исполнительный механизм блока 15 управления, представляюадяй собой реверсивный управляюищй двигатель например РД-09, и изменяет частоту закрытия и открытия задвижки в сторр ну совпадения с той, которая задана на устройстве, сравнения. П-р и р 1, 8 м сточной воды с ХНК 1060 и температурой заполняют циркуляционный Контурj где при помощи циркуляционного насоса 1 сообщают скорость на входе в рабочий учас ток 25 м/с и совместно с окислительным газом, эжёктируемым пульсационно из атмосферы в каверну, подвергают ка витации в 0,25, частот пульсаций газа 10 Гц в диапазоне изменения относительной длины каверны 1. (1б.. .25) Затем двухфазная пузырьковая смесь подвергается воздействию ударНЕОх волн и через диффузор 10 поступает в трубо провод циркуляционного контура. Время обработки 5 мин. Затем сточная вода сливается через вентиль 12. Химический анализ показал снижение уров ня ХПК на 28%. При этом удельный расход энергии составил 0,11 кБтЧ/м. Л Р им ер 2. Осуществляют аналогично примеру 1, параметры технологического режима следуюц ие: V 20 м/с; эе 0,5; f to Гц; If -0,065 кВт,ч/м5; L - (11.. .li)), снижение XIIK 30%. Параметры выполнения способа при других условиях приведены в табл. 1. V Данные выполнения способа по прОто типу, полученные в результате эксперимента и расчета по известным формулам, приводятся в примере 7. Приме р. 7. Сравнительные испытания проводили с аэратором роторного типа (прототип), у которого ротор выполнен в виде лопастей, в теле котоpbix имеются отверстия для подсоса воэ дзгха. Ротор заглублен в герметичную емкость объемом 8 м на расстояние 1 м от поверхности жидкости. Диаметр ротора составляет 0,2 м. Начальный уровень ХПК 1060 при 20С. Обработку сточной воды вели в кавитационном режиме при числе оборотов ротора Пу « 1500 об/мин и пе 3000 об/мин в те чение 5 мин. Воздух в область кавитационного воздействия подсасывался через аольп вал и отверстия в лопартях ротора. Скорость потока жидкой фазы емкости измеряли трубкой Пито. Для этого дифференциальным манометром опг ределяли динамический напор Н в мм вод.ст. Скорость потока определя ; лась по формуле: V -{ 2gH. где V скорость потока, м/cj - коэффициент расхода («0,995); g - ускорение силы тяжести,м/с. При п 1500 об/мин, V «1 м/с, при-. По 3000 об/ш1н, V 5 м/с. ; Удельный расход энергии определяли как мощность, затраченная на перемешива ше, отнесенная к подаче лопастей сшстемы.Он составил при П( 1500 об/мин, ,0796 кВт.ч/м9,г1ри, , iI 0,39 кВт.ч/м. Снижение уровня ХПК за 5 tmn обработки составляет при п,(1500 об/мин, ХПК 7%,при п 3000 об/мин, ХПК 15%. Данные сравнения прототипа и Предлагаемого способа сведены в табл. 2. Анализ результатов позволяет сделать вывод о преимуществе предлагацмого способа по сравнению с прототипом. Энергетические потери в прототипе выше в 1,7-6 раза, а качественные показатели ниже в 2 раза. В табл. 3 приведены данные выполнения способа при различных расстояниях L медду проточной камерой 5 и соплом 9 Лаваля. Из табл. 3 видно, что оптимальное значение L находится в интервале от 29 до 311. Изобретение позволяет улучшить очистку сточной воды. Ф .о р м у л а изобретения 1. Способ окисления сточных вод, ключающий обработку сточной воды пуем гидродинамической кавитации при дновременной эжекции окислительного газа в каверну, отличающийс я тем, что, с целью интенсификации процесса окисления и снижения уд«Ц1Ьных энергетических затрат, окислительный газ подают в каверну пульсационно,сМесь сточной воды с окислительным газом подвергают воздействию ударных волн, а обработку сточной воды гфовоят при числах кавитации 0,5-1,6.

2. Устройство для окисления еточных вод, содержащее трубопровод с закрепленными на нем,-лопа,стями, в теле которых вьтолнены каналы; выходяище на их тыльную сторону и сообщающиеся че рез трубопровод с атмосферой, о t л ичающееся тем, что, с целью интенсификации процесса окиСлеИия и снижения удельных энергетических затрат, оно снабжено конфузором, проточной камерой, соплом Лаваля, датчиком давления , усилчз-елем с блоком управления, исполнительным механизмом и зддвижкой, при этом трубопровод с закрепленными на нем лопастями расположен в

проточной камере соосно, сопло Лаваля соединено с проточной камерой и размещено после нее на расстоянии (25-31 )1 (1 - длина лопасти) от ло-, пастей, конфузор присоединен к проточной камере перед лопастями, датчик давления установлен за лопастями и соединен через усилитель с блоком управления, исполнительным механизмом и ;задаижкой, а задвижка расположена на входной части трубопровода. . .

3. Устройство по п. 2, о т л. и ч а ю щ е е с я . тем, что лопасти вь1 полнейы с суперкавитирующим профилем и острой передней кромкой.

I - ,,... :.

Т а б Л и ц а.. 1

Изо(^етение относится к очистке сточных вод. Целый изобретения явля-^ ется интенсификация "«ФОЦесса окисле- . ния и снижение энергетических затрат. Устройство содержит циркуляционный насос 1, трубопровод 2, конфузор А, арб-"" точную камеру 5, трубопровод 6, лопасти 7 суперкавитирушцего профиля с острой передней кромкой и с каналами» электрозадвижку 9, сопло 10 Лаваля, установленное на расстоянии (29-31)1 от места установки лопастей 7

Скорость потока, м/с (V)25 Число кавитации , (ЭЙ) 0,25 Диапазон изменений относительной дли16.;;25 11.. 15 9. ны каверны (L) Время обработки, мин Снижение ХПК, %Коэффициент эжёкЧастота пульсаций, УдельньА расход

знергии, кВт.ч/м (N)

0,11 0,065 0,054 0,046

Способ Прототип

0,04 -0,15

Таблица2 2 6... 10, 4...В 1...2,0

и - коэффициент эжвкции.

Таблица 3