CS210840B1 - Způsob dvojstupňové separace suspense při čištění vody vzniklé koagulací přidanými srážedly a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu dvoustupňové separace suspense při čištění vody vzniklé koagulací přidanými srážedly a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Vynález je určen pro čištění vody s požadavkem vysoké kvality, např. pro čištění povrchových a podzemních vod pro průmyslové a pitné účely, pro chemické čištění odpadních vod pro jejich opětné použití a pro terciární dočištění biologicky čištěných odpadních vod.

V technologii čištění vody jsou známé a využívaná různé systémy filtrace s pevnou zrni tou vrstvou, například tradiční pískové filtry, modifikované filtry s vícevrstvou náplní o různých specifických vahách filtračního materiálu atd. Při zvýšených požadavcích na kvalitu vody je pro dočištění vody běžně používána filtrace řečenou pevnou zrnitou vrstvou. Výhodou filtrace tohoto druhu je dosažení vysoké separační účinnosti. Její nevýhodou je však rychlé zanášení zrnité vrstvy pevného filtru a nutnost její regenerace.

Značné výhody oproti těmto tradičním filtrům vykazují filtry s plovoucí zrnitou náplní se specifickou vahou menší než voda.'Výhoda těchto filtrů je především ve zkrácení doby regenerace zpětným proudem vody a z toho vyplývající snížení spotřeby prací vody.

Podstatné zhospodárněni provozu filtrů s pevnou zrnitou vrstvou přináší dvojstupňové uspořádání separačního procesu při čištění vody, při kterém se větší část suspense odstraní kontinuálním separačním procesem nevyžadujícím regenerace. Pro první stupeň separace je známé použití sedimentace např. v lamelovém usazováku, nebo fluidní filtrace v nedokonale vznášeném fluidním filtru. Zrnité filtry s pevnou vrstvou se použijí pouze pro dočištění vody na požadovanou kvalitu, tj. pro druhý stupeň. Dvojstupňová separace suspense je proto významným přínosem při čistění vody při vyšších koncentracích suspenze a při požadavku na odstranění prakticky veškeré suspense. Známá zařízení tohoto typu jsou konstruována jako monobloková zařízení, sdružující oba separační procesy do jedné nádrže.

U známých zařízení pro dvojstupňovou separaci suspense však nebylo dosud dosaženo optimálního propojení obou separačních procesů, jak parametrického, tak i konstrukčního. Separace sedimentací v lamelovém usazováku vyžaduje náročnou konfiguraci zařízeni a nákladné vestavby. Známé použití separace v nedokonale vznášeném fluidním filtru pro prvni stupeň separace před filtrací plovoucí vrstvou má základní nevýhodu v menším jednotkovém výkonu, takže při spojení s plovoucím filtrem v jediném zařízení není tento plně využit, tj. nelze dosáhnout optimálního řešení.

Další podstatnou nevýhodou doposud známých zařízení, používajících jako první stupeň separace nedokonale vznášené fluidní filtrace, je porušení stability fluidní vrstvy při regeneraci zrnitého plovoucího, filtru jeho proplachem přes vrstvu fluidního filtru. Obnovení stability fluidního filtru si vyžaduje delší čas - i několik hodin -,přičemž dochází k úniku velkého množství suspense na druhý filtrační stupeň, který se tak rychle zanáší a tím se snižuje i jeho kapacita.

Vynález si klade za úkol odstranění uvedených nevýhod a dosažení optimálního výkonového sladění fluidní filtrace s homogenizací vločkovité suspense s filtrací plovoucí zrnitou filtrační vrstvou a jejich seřazení do společné nádrže charakteru monoblokového zařízení.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že proudící suspense je postupně podrobena homogenizací, separaci,fluidní filtraci v dokonale vznášeném fluidním filtru a dále filtraci v zrnitém plovoucím filtru, nad nimiž vytváří zásobu, z níž je odváděna > přičemž zrnitý plovoucí filtr je periodicky regenerován zpětným proplachem řečené zásoby.

Je výhodné, že homogenizace suspense, její separace fluidní filtrací v dokonale vznášeném fluidním filtru a filtrace v zmítám plovoucím filtru, jakož i vytváření zásoby, probíhá ve stéle vzestupném proudění suspense.

Podstata zařízení k provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že ve společné nádrži je homogenizační prostor, alespoň jeden separační prostor, nad nímž je filtrový a zásobní prostor se zrnitým plovoucím filtrem a dále zahušíovací a odkalovací prostor, popř. vzdušník, přičemž na zahuštovací a odkalovací prostor je napojen jednak odtok odsazené vody, jednak odkalovací potrubí s odběrem kalu a současně i kanál, jehož vstup je v podstatě v úrovni hladiny dokonale vznášeného fluidního filtru a spodní úrovni filtrového a zásobního prostoru.

Dalším význakem je, že homogenizační a separační prostor, filtrový a zásobní prostor jsou uspořádány nad sebou.

Pro zařízení o velkých výkonech je výhodné řešeni, podle něhož homogenizační prostor přechází průchody do dvou separačních prostorů a nad nimi uspořádaný filtrový a zásobní prostor je až po horní úroveň zrnitého plovoucího filtru rozdělen příčkou k zamezení přenosu proudění mezi separačními prostory a po obou stranách homogenizačního prostoru jsou vytvořeny vzdušníky, napojené ve svých horních částech na přívody stlačeného vzduchu a na odvod vzduchu a ve svých spodních částech průtočnými kanály s filtrovým a zásobním prostorem a celkový objem obou vzdušníků je alespoň přibližně roven objemu zásobního prostoru tvořícího nejvyšší část filtrového a zásobního prostoru nad horní úrovní zrnitého plovoucího filtru, přičemž společná nádrž má podélný tvar s výhodou ležatého válce, mezi jehož jedním čelem a vloženou stěnou je vytvořen zahušlovací a odkalovací prostor a kanál je tvořen otvorem ve vložené stěně.

U jiného výhodného řešeni zahušlovací a odkalovací prostor přechází volně do výše uspořádaného vzdušníku, který je ve své horní Sásti napojen na přívod stlačeného vzduchu a na odvod vzduchu, přičemž objem vzdušníku je alespoň přibližně roven objemu zásobního prostoru, tvořícího nejvyšší část filtrového a zásobního prostoru nad horní úrovní plovoucího filtru.

U dalšího řešení je výhodné, že objem zahušlovacího a odkalovacího prostoru je alespoň přibližně roven objemu zásobního prostoru, tvořícího nejvyšší část filtrového a zásobního prostoru nad horní úrovni plovoucího filtru, přičemž odběr kalu je opatřen rychlozávěrem o průtočném průřezu umožňujícím průtok alespoň 20násobku průtoku čištěné vody.

Konstrukčně je výhodné řešení, kde zahušlovací a odkalovací prostor má prstencovítý tvar a je vymezen kuželovitou horní dělicí stěnou separačnfho prostoru, kuželovitou spodní dělicí stěnou homogenizačního prostoru a částí pláště společné nádrže, a dále, že kanál je tvořen jednak dělicí stěnou probíhající směrem dolů od horního okraje kuželovité horní dělicí stěny vymezující separační prostor, jednak protilehlou části pláště, popřípadě, že odtok usazované vody je uspořádán v horní části zahušlovacího a odkalovacího prostoru.

Příklady zařízení podle vynálezu jsou schematicky vyobrazeny na připojených výkresech, kde obr, 1 představuje příčný řez zařízením, určeným pro větší výkony, a obr. 2 příčný řez zařízením vhodným zejména pro menší výkony, obr. 3 příčný řez zařízením v podobě ležatého válce, obr, 4 částečně odkrytý boční pohled na zařízeni podle obr. 3.

Zařízení je tvořeno svislou válcovou nádrží s pláštěm g uzavřeným dole dnem 2 a nahoře víkem 2,0,

V nádrži jsou nad sebou vytvořeny homogenizační prostor g, separační prostor g a filtrový a zásobní prostor g.

V homogenizačním prostoru g je hřeblové míchadlo se spodním hřeblem 30 a horním hřeblem gg, jež jsou protiběžně poháněny souosovými hřídeli 32» gg vyvedenými nahoru, kde jsou v záběru s neznázorněným zdrojem hnací síly.

Ve spodní části homogenizačního prostoru g je zaústěn přívod 34 čištěné vody. Homogenizační prostor g je propojen průchodem 35 se saparačním prostorem g pro fluidní separaci s tzv. dokonale vznášenou fluidní filtrační vrstvou s hladinou gO, která je určena horním okrajem kuželovité horní dělicí stěny gg, na jejíž spodní okraj navazuje kuželovitá dolní dělící stěna g6.

Nad hladinou gO je filtrový a zásobní prostor g, členěný směrem nahoru na vrstvu 50 vyčištěné vody, na zrnitý plovoucí filtr 51 . opírající se o propustnou omezovači stěnu 52 uchycenou na vnitřní části pláště g a na zásobní prostor gg filtrované vody, v němž je uspořádán odběr 54 filtrované vody, vyvedený mimo válcovou nádrž.

Mezi přilehlými stranami horní dělicí stěny 41 a dolní dělicí stěny je uspořádán vzduš nik 6 a s tímto volně propojený zahušlovací a odkalovací proator g. Vzdušník 6 je vymezen jednak horní dělicí stěnou gg, jednak dělicí stěnou gg, navazující na horní okraj horní dělicí stěny 41 a probíhající směrem dolů do zahušlovacího a odkalovacího prostoru g, tak, že spolu s protilehlou částí vnitřní stranou pláště g vytváří kanál 72.

Ve své horní části je vzdušník 6 napojen na uzavíratelný přívod vody 61 a odvod 62 stlačeného vzduchu. Přívod 61 je napojen na neznázorněný zdroj stlačeného vzduchu.

Zahušlovací a odkalovací prostor g je pod úrovní hladiny 73 napojen na odtok 74 odsazené vody; ve své spodní části pak je epatřen odkalovacím potrubím 75 napojeným na odběr 76 kalu, který je vyveden mimo válcovou nádrž.

S výhodou je objem vzdušníku 2 zvolen tak, aby jeho velikost alespoň přibližně odpovídala objemu zásobního prostoru 53.

Plovoucí filtr 51 je tvořen známým drobnými plovoucími tělísky.

U provedení podle obr. 3 a 4 je použito podélné nádrže, s výhodou válcové, tvořené pláštěm 1, v němž je vytvořen homogenizaění prostor J s míchadlem, tvořeným hranou rotující perforovanou nátokovou trubkou 37 opatřenou lopatkami 38. jíž je přiváděna do homogenizačního prostoru J čištěná voda s přídavnými srážedly. Nad průchody 35 jsou vedle sebe rovnoběžně probíhající separační prostory £, vzájemně oddělené příčkou 55 k zamezení přenosu proudění mezi separačními prostory 4 působením pohybu lopatek 38. Vzdušníky 2 jsou dole opatřeny pomocnými odkalovacími vývody 79.

Po stranách nádrže probíhají vzdušníky 2 oddělené od nádrže zaoblenými dělicími stěnami 65. napojené nahoře na přívody 61 stlačeného vzduchu a na odvody 62 vzduchu, které jsou s výhodou synchronně spřaženy. Vzdušníky 6 jsou ve svých spodních částech propojeny průtočnými kanály 63 s filtrovým a zásobním prostorem 2> tvořenými zahnutými stěnami 64 a protilehlými částmi zaoblených dělicích stěn 65.

Zahušlovací a odkalovací prostor 2 u tohoto provedení je vytvořen mezi čelem 10 uzavírajícím plášl 1 nádrže a vloženou stěnou 78. ^v níž je v úrovni hladiny 40 dokonale vznášeného fluidního filtru vytvořen otvor, tvořící kanál 22· Zahušlovací a odkalovací prostor 2 je opatřen odtokem 74 odsazené vody a ve spodní části odkalovacím potrubím 22 a odběrem kalu 76.

U všech popsaných zařízení je v horní části společné nádrže vytvořen dostatečně velký průduch 11 umožňující průchod vzduchu při náhlém poklesu hladiny vody v zásobním prostoru 53 při regeneraci zrnitého plovoucího filtru 51.

Funkce zařízení podle obr. 3 a 4 je obdobná jako u již popsaného provedení se vzdušníkem 6 s tím rozdílem, že separační prostor 1 je rozdělen do dvou paralelně pracujících separačních prostorů 1 a je použito dvou synchronně rychle vodou naplňovaných a pomalu pomocí stlačeného vzduchu vyprazdňovaných vzdušníků tj. tímto vzduchem naplňovaných, a to pomocí synchronně ovládaných přívodů 61 stlačeného vzduchu a odvodu 62 vzduchu.

Popsané zařízení pracuje následovně. Přívodem 34 čištěné vody vstupuje voda s náležitě nadávkovanými srážedly do homogenizačního prostoru J, kde probíhá homogenizace a zhutňování vytvořené vločkovité suspense v důsledku turbulence působením hřeblového míchadla, tj. rotací hřebel 22 a Ji a čištění vody. Vyčištěná voda s homogenizovanou suspensi přechází z horní části homogenizačního prostoru průchodem 35 do separačního prostoru £, kde se vytváří vrstva dokonale vznášeného fluidního filtru s hladinou 40 a kde probíhá první stupeň separace kalu.

Suspense zachycená ve fluidním filtru je odváděna - působení odběru odsazené vody odtokem 74 - z hladiny 40 kanálem 72 do zehušlovaoího a odkalovaoího prostoru 2Í> kde se usazuje a zahušluje.

Vzdušník 6 je naplňován vzduchem přiváděným postupně přívodem 61 stlačeného vzduchu.

Voda z hladiny 40 fluidního filtru proudí ve vzestupném proudu vrstvou 50 vyčiřené vody do plovoucího filtru 21» který je udržován ve své poloze propustnou omezovači stěnou 22 a v němž probíhá druhý stupeň separace kalu. Filtrovaná voda vstupuje do zásobního prostoru 22. odkud je odváděna odběrem 24 filtrované vody mimo válcovou nádrž.

Při popsaném procesu dochází však k postupnému ucpávání plovoucího filtru 51 suspensi, která ještě zůstala ve vyčiřené vodě po jejím průchodu fluidním filrem, tj, po prvním stupni

21084Θ b

separace. Proto musí být vrstva zrnitého plovoucího filtru 51 periodicky zbavována této suspense, tj. regenerována. Regenerace se provádí náhlým zpětným proudem dostatečného množství vody, k čemuž slouží zásoba filtrované vody v zásobním prostoru 53.

Zpětného proudění vody se dosáhne náhlým vypuštěním vzduchu ze vzdušníku 6 otevřením ventilu v odvodu 62 stlačeného vzduchu. Při tomto náhlém vypuštění vzduchu ze vzdušníku 6 pronikne do něj kanálem 72 v průběhu cca několika desítek vteřin voda, čímž je filtrovaná voda ze zásobního prostoru 53 nucena proudit v opačném směru proti směru filtrace vrstvou plovoucího filtru 51. kterou uvede do expanse směrem dolů, naruší zanesený kal, odplaví jej dolů á tím plovoucí filtr 51 regeneruje. Voda ze zásobního prostoru 53 tedy proudí kanálem 72 a vyplní, jak již zmíněno, objem vzdušníku 6. Před popsanou regenerací plovoucího filtru se provede odkalení suspense zahuštěné ve spodní části zahuštovacího a odkalovacího prostoru 2· K odkalovéní se používá odkalovacího potrubí 22 ^a odběru 26 kalu. Objem vzdušníku 6, jak již zmíněno, se přibližně rovná objemu zásobního prostoru 53. Po t&kto provedené regeneraci plovoucího filtru 51 je vzdušník 6 postupně naplňován vzduchem přívodem 61 stlačeného vzduchu. Objem zahuštovacího a odkalovacího prostoru 2 je s výhodou dimensován tak, aby stačil pojmout všechen kal odebraný z fluidního filtru v se paračním prostoru v čase mezi dvěma popsanými regeneracemi plovoucího filtru 51 . k čemuž lze použít aplikace vhodných automatízačních prvků. Je třeba zdůraznit, že jak odkalovéním, tak regenerací plovoucího filtru 51 není narušena funkce ani stabilita fluidního filtru a po skončeni těchto operací zařízení pracuje s plným výkonem a maximální účinností. Zatímco naplnění vzdušníku 6 probíhá zpravidla během několika desítek vteřin, trvá postupné naplňování vzdušníku 6 vzduchem, několik hodin, s výhodou po dobu, kdy nastane potřeba další regenerace plovoucího filtru 51.

Zařízení zobrazené na obr. 2 je do značné míry obdobně jako na obr. 1 a je vhodné pro menší výkony. Jednotlivé elementy, které jsou identické s elementy zařízení podle obr. 1, jsou stejně značeny. To to řešení se liší pouze v systému regenerace vrstvy zrnitého plovoucího filtru 21, odpadá vzdušník 6. Zahuštovací a odkalovací prostor 2 j® využit pro zahuštování kalu odebíraného z hladiny 10 fluidního filtru odběrem částí čištěné kapaliny odtokem 74 odsazené vody. Objem zahuštovacího a odkalovacího prostoru 2 j^e přibližně shodný s objemem zásobního prostoru 24 filtrované vody. Průtočný průřez odkalovacího potrubí 22 odběru 2É kalu jsou dimenzovány pro průtok 20 až 50 násobků průtoku čištěné vody. Odběr 22 kalu je opatřen rychlou.;',ávěrern 22, P^r0 okamžité nastartování plného- průtoku.

Funkci rychlouzévěru 22 plně vyhovuje jakékoliv technické řešení umožňující spolehlivé a rychlé otevření odběru 76 kalu.

Popsané zařízení pracuje shodně jako zařízení znázorněné na obr. 1, jen s tím rozdílem, že regenerace vrstvy plovoucího filtru 51 je prováděna současně s odkalem zahuslovacího a odkalovacího prostoru. Otevřením rychlouzávěru 77 na odběru 76 kalu filtrovaná voda akumulovaná v zásobním pr>storu 53 nad plovoucím filtrem 21. proudí v protisměru proti směru filtrace a expanduje vrstvou plovoucího filtru ýt směrem dolů a tím jej regeneruje, jak již uvedeno. ííogenerát. proudí kanálem 2í do zahuštovacího a odkalovacího prostoru 2, aniž jeho proud poruší stabilitu fluidního filtru v separačním prostoru í. Současně s regenerací plovoucího filtru 21 dochází k odvodu zahuštovacího a odkalovacího prostoru 2, kterýžto kal vznikl zahuštováním a usazováním suspense odebrané z fluidního filtru.

Po ukončení současně probíhajícího odkalení a regnerace plovoucího filtru 21, 3® separační funkce zařízení ihned s plnou účinností obnovena,a to jak u fluidního filtru, tak i u plovoucího filtru 21, tj. obou stupňů separace.

Popsaný způsob a znázorněná zařízení mají četné výhody. Vzhledem k tomu, že maximální výkony fluidní filtrace s homogenizací, vločkovité suspense i filtrace plovoucí zrnitou filtrační vrstvou jsou srovnatelné, umožňuje navržené řešení jejich optimální seřazení do jednoho monoblokového zařízení s dosažením vysokého specifického výkonu, vztaženo jak na separační plochu, tak i na objem zařízení.

Claims (10)

1. Způsob dvoustupňové separace při čištěni vody, vzniklé koagulací přidanými srážedly, vyznačený tím, že proudící suspense je postupně podrobena homogenizaci, separaci, fluidní filtraci v dokonale vznášeném fluidním filtru a dále filtraci v zrnitém plovoucím filtru, nad nímž vytváří zásobu, z níž je odváděna, přičemž zrnitý plovoucí filtr je periodicky regenerován zpětným proplachem řečené zásoby.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že homogenizace suspense, její separace fluidní filtrací v dokonale vznášeném fluidním filtru a filtrace v zrnitém plovoucím filtru, jakož i vytváření zásoby probíhá ve stále vzestupném prouděni suspense.

3. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, vyznačené tím, že vé společné nádrži je homogenizační prostor (3), alespoň jeden separační prostor (4), nad nímž je filtrový a zásobní prostor (5) se zrnitým plovoucím filtrem (51) a dále zahušlovací a odkalovací prostor (7), popř. vzdušník (6), přičemž na zahušlovací a odkalovací prostor (7) je napojen jednak odtok (74) odsazené vody, jednak odkalovací potrubí (75) s odběrem (76) kalu a současně i kanál (72), jehož vstup je v podstatě v úrovni hladiny (40) dokonale vznášeného fluidního filtru a spodní úrovni filtrového a zásobního prostoru (5).

4. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tim, že homogenizační prostor (3), separační prostor (4) a filtrový a zásobní prostor (5) jsou uspořádány nad sebou.

5. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tím, že homogenizační prostor (3) přechází průchody (35) do dvou separačních prostorů (4) a nad nimi uspořádaný filtrový a zásobní prostor (5) je až po horní úroveň zrnitého plovoucího filtru (51) rozdělen příčkou (55) k zamezení přenosu proudění mezi separačními prostory (4) a po obou stranách homogenizačního prostoru (3) jsou vytvořeny vzdušníky (6), napojené ve svých horních částech na přívody (61) stlačeného vzduchu a na odvod (62) vzduchu a ve svých spodních částech průtočnými kanálky (63) s filtrovým a zásobním prostorem (5) a celkový objem obou vzdušníků (6) je alespoň přibližně roven objemu zásobního prostoru (53) tvořícího nejvyšší část filtrového a zásobního prostoru (5) nad horní úrovní zrnitého plovoucího filtru (51), přičemž společná nádrž má podélný tvar s výhodou ležatého válce, mezi jehož jedním čelem a vloženou stěnou (78) je vytvořen zahušlovací a odkalovací prostor (7) a kanál (72) je tvořen otvorem ve vložené stěně (78).

6. Zařízení podle bodu 3 a 4, vyznačené tim, že zahušlovací a odkalovací prostor (7) přechází volně do výše uspořádaného vzdušníku (6), který je ve své horní části napojen na přívod (61) stlačeného vzduchu a na odvod (62) vzduchu, přičemž objem vzdušníku (6) je alespoň přibližně roven objemu zásobního prostoru (53), tvořícího nejvyšší část filtrového a zásobního prostoru (5) nad horní úrovní plovoucího filtru (51).

7. Zařízeni podle bodu 3 a 4 vyznačené tím, že objem zahušlovacího a odkalovacího prostoru (7) je alespoň přibližně roven objemu zásobního prostoru (53) tvořícího nejvyšší část filtrového a zásobního prostoru (5) nad horní úrovní plovoucího filtru (51), přičemž odběr (76) kalu je opatřen rychlouzávěrem (77) o průtočném průřezu umožňujícím průtok alespoň 20násobku průtoku čištěné vody.

8. Zařízení podle bodu 3, 4, 6 a 7 vyznačené tím, že zahušlovací a odkalovací prostor (7) mé prstencovitý tvar a je vymezen kuželovitou horní dělicí stěnou (41) separačního prostoru (4), kuželovitou spodní dělicí stěnou (36) homogenizačního prostoru (3) a částí pláště (1) společné nádrže.

9. Zařízení podle bodu 3, 4, 6, 7 a 8 vyznačená tim, že kanál (72) je tvořen jednak dělicí stěnou (7,) probíhající směrem dolů od horního okraje kuželovité horní dělicí stěny (41), vymezující separační prostor (4), jednak protilehlou částí pláště (1).

10. Zařízení podle bodu 7 vyznačené tím, že odtok (74) usazované vody je uspořádán v horní části zahušíovacího a odkalovacího prostoru (7).