Патент на изобретение №2229919

(54) АППАРАТ ДЛЯ ОСВЕТЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для очистки природных и сточных вод от взвешенных частиц и всплывающих примесей и может быть использовано во многих отраслях промышленности. Аппарат содержит корпус, камеры хлопьеобразования, отстаивания, тонкослойные элементы, системы подвода исходной жидкости, отвода осветленной жидкости, осадка и всплывающих примесей. В камере хлопьеобразования установлена циркуляционная камера, в боковых стенках которой выполнены регулируемые по сечению окна, а в днище установлен клапан автоматического сброса осадка. Нижние части камер хлопьеобразования и отстаивания соединены кольцевым каналом и в них установлены радиальные лопатки и кольцевые спрямляющие лопасти. Технический результат состоит в снижении нагрузки на тонкослойные элементы, что позволяет уменьшить их площадь и габариты аппарата. Равномерное распределение потока жидкости по всему сечению камеры осветления обеспечивает стабилизацию расчетного режима осаждения в тонкослойных элементах, исключает вынос взвешенных частиц через них и создает в верхней части камеры отстаивания эффект фильтрования во взвешенном слое. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для очистки природных и сточных вод от взвешенных частиц и всплывающих примесей и может быть использовано во многих отраслях промышленности.

Известно устройство для осветления природных и сточных вод, содержащее горизонтальный прямоугольный корпус с днищем, скорые фильтры с расположенными над ними флотационными камерами, распределительные трубопроводы осветляемой воды и водовоздушного раствора, сборный коллектор промывной воды и пеносборные приспособления [1].

Данное устройство относится к классу флотаторов и фильтров, объединенных в единый блок и использующих иной принцип работы. Операция флотации достаточно энергоемкий процесс, а применение скорых фильтров требует специальной загрузки и системы регенерации, что усложняет конструкцию устройства.

Известен аппарат для очистки воды, содержащий корпус с тонкослойным модулем и размещенные под ним окна для удаления избытка остатка, узел подачи исходной воды, узел отвода осветленной воды, продольные и поперечные вертикальные перегородки, размещенные под тонкослойным модулем с возможностью изменения их угла наклона и высоты [2].

В известном аппарате отсутствуют камеры смешения и хлопьеобразования, достаточно сложная схема движения осветляемой воды и всей конструкции, обуславливаемые необходимостью регулирования высоты взвешенного слоя специальными перегородками.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является аппарат для осветления жидкости, содержащий корпус, коаксиально расположенную в нем камеру хлопьеобразования, ограниченную перегородкой, общей с камерой отстаивания, имеющей тонкослойные осадительные элементы, системы подвода исходной жидкости, осадка и всплывающих примесей, дополнительные перегородки, одна из которых – внутренняя – является продолжением перегородки камеры хлопьеобразования и образует с днищем аппарата входное кольцевое окно, а другая – внешняя – примыкает к днищу аппарата и образует с перегородкой камеры хлопьеобразования выходное кольцевое окно, сообщающее кольцевой канал с камерой отстаивания на уровне низа тонкослойных осадительных элементов [3].

Известная конструкция жестко регламентирует равномерность подачи исходной жидкости, т.к. в случае прерывистой подачи происходит осаждение взвешенных веществ в верхней части камеры хлопьеобразования. При равномерной подаче исходной жидкости возникает необходимость ограничения верхней границы гидравлической крупности взвешенных частиц из-за их осаждения в верхней части камеры хлопьеобразования. Вращение потока, сформированное в камере хлопьеобразования, передается на камеру отстаивания и тонкослойные элементы, вследствие чего нарушается ламинарный режим потока в камере отстаивания, что оказывает негативное влияние на качество очистки жидкости. Хотя циркуляционные потоки (необходимые для увеличения процесса флокуляции) в камере хлопьеобразования и имеют место, но их невозможно определить по существующим методикам расчета гидравлических аппаратов. Подача осветляемой жидкости под нижнюю кромку тонкослойных элементов не позволяет потоку равномерно распределиться по всей площади тонкослойных элементов, что при низком гидравлическом сопротивлении последних сопровождается неравномерным распределением скорости потока по площади тонкослойных элементов и, как следствие, срывом расчетного режима осаждения в них и выносом взвешенных веществ в камеру сбора осветленной жидкости.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей аппарата для осветления жидкости, в частности, возможность нормальной работы в расчетном режиме при прерывистом графике подачи исходной жидкости без ограничения верхней границы гидравлической крупности взвешенных частиц и увеличение времени нахождения взвешенных частиц в зоне коагуляции. Дополнительно решается задача повышения качества осветленной жидкости.

Основным техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого аппарата, является автоматический сброс осажденных частиц из зоны подачи исходной жидкости в зону удаления осадка из корпуса аппарата и увеличение доли коагулированных частиц в камере хлопьеобразования, что обеспечивает снижение необходимой площади сечения тонкослойных элементов, а следовательно, и уменьшение габаритных размеров аппарата.

Дополнительным техническим результатом является равномерное распределение потока по всему сечению камеры осветления, особенно перед входом в тонкослойные элементы, что обеспечивает, с одной стороны, стабилизацию расчетного режима осаждения в тонкослойных элементах и исключает вынос взвешенных частиц через них, а с другой – получение эффекта фильтрования во взвешенном слое, который создается в верхней части камеры отстаивания на границе тонкослойных элементов.

Указанные технические результаты получают за счет того, что в известном аппарате для осветления жидкости, содержащем корпус, камеры хлопьеобразования, отстаивания, тонкослойных элементов, системы подвода исходной жидкости, осадка и всплывающих примесей, в камере хлопьеобразования установлена циркуляционная камера, выполненная в виде тела вращения, например, усеченного конуса, нижняя часть циркуляционной камеры соединена с трубками подвода исходной жидкости, в ее боковых стенках выполнены регулируемые по сечению окна, а в днище установлен клапан автоматического сброса осадка, нижняя часть камеры хлопьеобразования кольцевым каналом соединена с нижней частью камеры отстаивания. На стенках нижней части камеры хлопьеобразования установлены радиальные лопатки, а в камере отстаивания – кольцевые спрямляющие лопасти.

Установка циркуляционной камеры в камере хлопьеобразования позволяет создать вертикальную циркуляцию жидкости с более мелкими частицами, что способствует увеличению вероятности сталкивания этих частиц и их слипанию в хлопья за счет увеличения времени пребывания жидкости в этой зоне, а следовательно, и выходу большей доли коагулированных частиц в зоне камеры хлопьеобразования, что уменьшает потребность в площади тонкослойных элементов и, следовательно, снижает габариты всего аппарата.

Режим циркуляции можно регулировать с помощью регулируемых по сечению окон, выполненных в стенках циркуляционной камеры в зоне подвода труб системы подачи исходной жидкости.

При работе в режиме прерывистого графика подачи исходной жидкости происходит осаждение взвешенных частиц в зоне подвода труб системы подачи. Когда вес таких частиц превышает расчетную величину, открывается клапан автоматического сброса и осадок опускается на дно камеры хлопьеобразования. При отсутствии осадка на днище циркуляционной камеры клапан закрывается и аппарат будет готов принять очередную порцию исходной жидкости. Аналогичный процесс будет происходить и при непрерывном режиме работы аппарата в том случае, если в исходной жидкости будут находиться частицы с гидравлической крупностью, превышающей расчетную крупность.

Установка радиальных лопаток на стенках нижней части камеры хлопьеобразования позволяет тормозить вращательное движение потока в ней и способствует формированию ламинарного режима потока. Кольцевые спрямляющие лопасти камеры отстаивания обеспечивают равномерное распределение потока по всему сечению камеры отстаивания, что стабилизирует режим работы тонкослойных элементов и создает под ними подвижный слой с высокой концентрацией взвешенных частиц, обеспечивая эффект фильтрации во взвешенном слое. Таким образом, эта зона становится предварительным фильтром.

Принципиальная схема заявляемого аппарата представлена на чертежах. На фиг.1 представлен вертикальный разрез аппарата; на фиг.2 – сечение А-А фиг.1; на фиг.3 – сечение В-В фиг.2.

Аппарат для осветления жидкости содержит корпус 1, разделенный оболочками 2, 3, 4 на камеры: циркуляционную 5, хлопьеобразования 6, отстаивания 7, камеры тонкослойных элементов 8, камеру отвода осветленной жидкости 9, камеру сбора осветленной жидкости 10, системы подвода 11 исходной жидкости, отвода 12 осветленной жидкости, отвода 13 осадка и отвода 14 всплывающих примесей. Циркуляционная камера 5 установлена в камере хлопьеобразования 6 и выполнена в виде тела вращения, например усеченного конуса (оболочка 2). Нижняя часть камеры 5 соединена с трубами системы подвода 11 исходной жидкости. Ввод жидкости осуществляют под углом 10 градусов к горизонту, что обеспечивает потоку жидкости горизонтальную и вертикальную составляющие движения. В боковых стенках 2 циркуляционной камеры 5 выполнены регулируемые по сечению окна 15, а в днище установлен клапан 16 автоматического сброса осадка. Камера отстаивания 7, с учетом принципа работы заявляемого аппарата выполняет функции фильтрации жидкости во взвешенном слое. Нижняя часть камеры 7 соединена кольцевым каналом 17 с нижней частью камеры хлопьеобразования 6. В нижней части камеры 6 на ее стенке (оболочка 3) установлены радиальные лопатки 18, а в камере 7 – кольцевые спрямляющие лопасти 19. Боковые стенки 20 камер тонкослойных элементов 8 выполнены радиально. Боковые стенки 20 соседних камер тонкослойных элементов и оболочки 4 образуют камеры отвода осветленной жидкости 9. Камера сбора осветленной жидкости 10 образована наружной оболочкой корпуса и оболочкой 4 камер тонкослойных элементов 8 и соединена вертикальными трубами 21 с камерами отвода осветленной жидкости 9. Дно 22 корпуса 1 имеет по периферии форму лотка 23, по которому перемещают осадок при помощи скребкового механизма (на чертеже не показан) и выводят его из аппарата через систему отвода 13 осадка. Уровень воды в аппарате регулируют устройством перелива 24, находящимся на трубах 21.

Аппарат работает следующим образом.

По трубам системы подвода 11 исходную жидкость подают в нижнюю часть циркуляционной камеры 5. Соответствующее расположение выхода труб обеспечивает потоку горизонтальную и вертикальную составляющие движения. Круговое движение потока жидкости при его переходе из циркуляционной камеры 5 в камеру хлопьеобразования 6 за счет центробежной силы разделяет взвешенные вещества на хлопья с большей гидравлической крупностью и более мелкой. Крупные хлопья располагаются ближе к стенке (оболочка 3) камеры хлопьеобразования 6, а мелкие ближе к стенкам (оболочка 2) циркуляционной камеры 5. Регулируемые по сечению окна 15 обеспечивают подсос из камеры хлопьеобразования 6 мелких частиц, перемещающихся вдоль стенок 2 циркуляционной камеры 5, тем самым обеспечивается возможность увеличения времени нахождения их в камере хлопьеобразования, следовательно, большего выхода коагулированных частиц. Для обеспечения расчетного режима осветления жидкости при движении потока по аппарату, необходимо погасить его горизонтальную составляющую. С этой целью в нижней части камеры хлопьеобразования 6 на ее оболочке 3 установлены радиальные лопатки 18. В нижнюю часть камеры отстаивания 7 поток жидкости поступает через кольцевой канал 17. Равномерное по сечению камеры 7 распределение потока обеспечивают расположенные в ней кольцевые спрямляющие лопасти 19. Скорость потока в камере отстаивания 7 выше расчетной для осаждения взвешенных веществ, но достаточная для осаждения в тонкослойных элементах 8. Тем самым на границе камер тонкослойных элементов в камере отстаивания образуется подвижный слой с высокой концентрацией взвешенных веществ. В этом слое происходит дальнейшая коагуляция мелких частиц вещества, чем достигается эффект фильтрации во взвешенном слое. Данная зона выполняет роль предварительного фильтра. Далее поток проходит камеры тонкослойных элементов 8 и осветленная жидкость переливается через радиальные стенки 20 в камеры отвода 9, а по вертикальным трубам 20 – в камеру сбора осветленной жидкости 10 и через систему отвода 12 осветленной жидкости выходит из аппарата. Выпадающие в осадок хлопья взвешенных частиц из камер 6 и 7 скребковым механизмом удаляют через лоток 23 и систему отвода осадка 13 из аппарата. Всплывающие примеси, выходящие из камер тонкослойных элементов 8, отводятся системой отвода 14 всплывающих примесей.

При работе в режиме прерывистого графика подачи исходной жидкости происходит осаждение взвешенных частиц в нижней части циркуляционной камеры 5. Когда вес таких частиц превысит расчетную величину, срабатывает клапан 16 автоматического сброса осадка, который выпадает на дно камеры хлопьеобразования и через систему отвода осадка 13 удаляется из аппарата.

Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого аппарата для осветления жидкости позволяет обеспечить выполнение поставленной задачи с достижением технического результата, указанного в описании изобретения, т.е. обеспечить нормальный режим работы при прерывистом графике подачи исходной жидкости без ограничения верхней границы гидравлической крупности взвешенных частиц, увеличить долю коагулированных частиц в камере хлопьеобразования, что обеспечит снижение потребности в площади тонкослойных элементов, а следовательно, уменьшение габаритов аппарата и стабилизирует расчетный режим осаждения в тонкослойных элементах.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР №916428, C 02 F 1/52, B 01 D, заявл. 28.08.80, опубл. 30.03.82.

2. Авт. свид. СССР №684014, С 02 С 1/26, B 01 D 21/08, заявл. 02.01.78, опубл. 05.09.79.

3. Патент РФ №2182838, B 01 D 21/08, заявл. 06.08.01, опубл. 27.05.02.

Формула изобретения

1. Аппарат для осветления жидкости, содержащий корпус, камеры хлопьеобразования, отстаивания, тонкослойные элементы, системы подвода исходной жидкости, отвода осветленной жидкости, осадка и всплывающих примесей, отличающийся тем, что в камере хлопьеобразования установлена циркуляционная камера, выполненная в виде тела вращения, например усеченного конуса, нижняя часть циркуляционной камеры соединена с трубами подвода исходной жидкости, в ее боковых стенках выполнены регулируемые по сечению окна, а в днище установлен клапан автоматического сброса осадка, нижняя часть камеры хлопьеобразования кольцевым каналом соединена с нижней частью камеры отстаивания.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в нижней части камеры хлопьеобразования на ее оболочке установлены радиальные лопатки.

3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в камере отстаивания установлены кольцевые спрямляющие лопасти.

РИСУНКИ