CS255965B1

CS255965B1 - A method of mechanically mixing aqueous suspensions and apparatus for its implementation

Info

Publication number: CS255965B1
Application number: CS856626A
Authority: CS
Inventors: Igor Tesarik; Josef Vostrcil; Milan Latal; Jaroslav Snajdl
Original assignee: Igor Tesarik; Josef Vostrcil; Milan Latal; Jaroslav Snajdl
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1985-09-17
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS662685A1

Abstract

Podle řešení se ve směru hlavního proudění periodicky pročesává, zrychluje a zpomaluje alespoň ve dvou rovinách sestupný proud vločkující suspenze a alespoň v jedné rovině dolní část vzestupného proudu koncentrované vyvločkované suspenze v rozsahu kmitočtů do 0,2 Hz a amplitud do 300 mm. Zařízení k provádění způsobu je opatřeno alespoň jedním svislým táhlem, připojeným ke zdroji svislého kmitavého pohybu, na táhle jsou uspořádána alespoň ve dvou rovinách po výšce vločkovacího prostoru první pádla a alespoň v jedné rovině při dně čiřícího prostoru druhá pádla, přičemž tato v přetokovém otvoru mezi vločkovacím prostorem jsou společná pro vloěkovací prostor i čiřící prostor.According to the solution, the descending flow of flocculating suspension is periodically combed, accelerated and decelerated in the direction of the main flow in at least two planes and the lower part of the ascending flow of concentrated flocculated suspension in at least one plane in the frequency range of up to 0.2 Hz and amplitudes of up to 300 mm. The device for carrying out the method is provided with at least one vertical rod connected to a source of vertical oscillatory movement, on the rod are arranged at least in two planes along the height of the flocculating space first paddles and at least in one plane at the bottom of the clarifying space second paddles, while these in the overflow opening between the flocculating space are common for the flocculating space and the clarifying space.

Description

Vynález se týká způsobu míchání vodných suspenzí během vločkovacího procesu a zařízení k provádění tohoto způsobu.The invention relates to a process for mixing aqueous suspensions during a flocculation process and to an apparatus for carrying out the process.

Známé způsoby míchání vodných suspenzí během vločkovacího procesu pro úpravu vody vločkovým mrakem jsou založeny na pneumaticko-hydraulickém principu, přičemž se výška vodního sloupce ve vločkovacím prostoru mění odsáváním vzduchu nebo na mechanickém principu, u něhož při dně čiřícího prostoru konají pádla kyvadlový pohyb.Known methods for mixing aqueous suspensions during the flocculation process for flocculation of water are based on the pneumatic-hydraulic principle, wherein the height of the water column in the flocculation space varies by air suction or by a mechanical principle in which the paddles are pendulum.

Žádný z těchto způsobů neumožňuje řízení vločkovacího procesu. U pneumaticko-hydraulického způsobu nejsou k dispozici žádné prvky pro míchání vodné suspenze a průběh vločkování ovlivňuje jen útlum turbulentních fluktuací během průtoku kapaliny vločkovacím prostorem, u mechanického způsobu působí kolmo na hlavní proud vločkující suspenze kyvadlový pohyb pádla a místní gradient rychlostí při daném uspořádání zůstávají v podstatě stejné při jakémkoli průtoku kapaliny. Mimoto v důsledku kyvadlového pohybu pádla roste gradient rychlosti od vtoku k výtoku kapaliny z vločkovacího prostoru, což může způsobovat nežádoucí rozbíjení vytvořených vloček.None of these methods allows the flocculation process to be controlled. In the pneumatic-hydraulic method there are no elements for mixing the aqueous suspension and the flocculation process only affects the attenuation of turbulent fluctuations during liquid flow through the flocculation space, in the mechanical method the pendulum movement of the paddle is perpendicular to the main stream of flocculating suspension. substantially the same at any liquid flow. In addition, due to the pendulum movement of the paddle, the velocity gradient from the inlet to the outlet of the liquid from the flocculation space increases, which may cause undesirable breakage of the formed flocs.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny u způsobu mechanického míchání vodných suspenzí podle vynálezu, jehož podstatou je, že se ve směru hlavního proudění kapaliny periodicky pročesává, zrychluje a zpomaluje alespoň ve dvou rovinách sestupný proud vločkující suspenze a alespoň v jedné rovině dolní část vzestupného proudu koncentrované vyvločkované suspenze v rozsahu kmitočtů do 0,2 Hz a amplitud do 300 mm.These drawbacks are eliminated in the mechanical mixing method of the aqueous suspensions according to the invention, which consists in periodically combing, accelerating and slowing down the flocculating slurry downstream at least in two planes and at least in one plane the lower part of the rising flocculated slurry upstream in the frequency range up to 0,2 Hz and amplitudes up to 300 mm.

Podstatou zařízení k provádění tohoto způsobu je, že je opatřeno alespoň jedním svislým táhlem, připojeným ke zdroji svislého kmitavého pohybu, na táhle jsou uspořádána alespoň ve dvou rovinách po výšce vločkovacího prostoru první pádla a alespoň v jedné rovině při dně čiřícího prostoru druhá pádla, přičemž druhá pádla v přetokovém otvoru mezi vločkovacím prostorem a čiřícím prostorem jsou společná pro vločkovací prostor i čiřící prostor.The principle of the apparatus for carrying out this method is that it is provided with at least one vertical linkage connected to a source of vertical oscillating motion, arranged on the linkage in at least two planes along the flocculation space of the first paddles and in at least one plane at the bottom of the clarifying space. the second paddles in the overflow opening between the flocculation space and the clarification space are common to both the flocculation space and the clarification space.

Výhodou způsobu mechanického míchání vodných suspenzí a zařízení k jeho provádění podle vynálezu je, že se surové vodě s přidanými srážedly ve vločkovacím prostoru uděluje svislý kmitavý pohyb, jehož rychlost je řádově srovnatelná se střední rychlostí proudění kapaliny.An advantage of the method of mechanically mixing aqueous suspensions and of the apparatus for carrying out the present invention is that the raw water with added precipitants in the flocculation space is given a vertical oscillating movement whose speed is of an order of magnitude comparable to the mean liquid flow rate.

Na hranách pádel a v jejich otvorech se tvoří a odtrhávají víry, které disipují v kapalině. Proces vločkování závisí do značné míry na průběhu Karmánovy vírové dráhy a disipace vírů. Dodatečný tok, vyvolaný svislým pohybem pádel, má podstatný účinek na vločkovací proces. Hodnoty gradientu rychlosti kapaliny je možné optimalizovat úpravou vzájemného vztahu mezi průtokem kapaliny a kmitočtem a amplitudou pohybu pádel. Když vzdálenosti mezi pádly po výšce táhla rostou, klesá gradient rychlosti ve směru proudění kapaliny vločkovacím prostorem. Tím dochází k vytváření optimálních vloček ve vtoku kapaliny do čiřícího prostoru.At the edges of the paddles and in their openings, vortices are formed and torn off which dissipate in the liquid. The flocculation process largely depends on the course of the Karman vortex path and the dissipation of the vortices. The additional flow caused by the vertical movement of the paddles has a substantial effect on the flocculation process. The fluid velocity gradient values can be optimized by adjusting the relationship between the fluid flow and the frequency and amplitude of the paddle movement. As the distances between the paddles increase along the rod height, the velocity gradient in the fluid flow direction decreases through the flocculation space. This creates optimal flocs in the liquid inlet into the clarifying space.

Pádla kmitají také po celé ploše těsně nade dnem čiřícího prostoru. Pádly vyvolané svislé, směrem dolů směřující turbulentní fluktuace rychlosti kapaliny se tlumí na pevné stěně dna. Svislé, směrem vzhůru směřující složky turbulentních fluktuací a víry separované a stoupající směrem vzhůru přivádějí částice koncentrované suspenze do vznosu. Rovnoměrné uspořádání pádel při dně čiřiče vede k homogenizaci vločkového mraku.The paddles also vibrate over the entire surface just above the bottom of the clarifying space. The paddles induced by vertical downward turbulent fluctuations of the fluid velocity dampen on a solid bottom wall. The vertical, upward components of the turbulent fluctuations and vortex separated and rising upward bring the particles of the concentrated suspension into the fluid. The uniform arrangement of the paddles at the bottom of the clarifier leads to homogenization of the flake cloud.

Zařízení podle vynálezu může být pravoúhlého i kruhového půdorysu. Při kruhovém půdorysu se zpravidla používá jedno táhlo, při pravoúhlém půdorysu lze použít i více táhel. Pádla na jednotlivých táhlech jsou rozmístěna po výšce táhla tak, že vzdálenosti mezi pádly rostou směrem dolů.The device according to the invention may be rectangular or circular in plan. In the case of a circular plan, a single rod is usually used, while a rectangular plan can be used for more than one rod. The paddles on the individual rods are distributed along the height of the rod so that the distances between the paddles increase downward.

U zařízení s pravoúhlým půdorysem s více táhly může být pohyb táhel souběžný i nesouběžný. K nesouběžnému pohybu lze použít pohonu táhla klikou a ojnicí, kterém jsou seřízeny na každém táhle nezávisle. Vhodným uspořádáním těchto mechanismů lze dále optimalizovat vločkovací proces.In a rectangular multi-rod plan, the movement of the rods can be parallel or non-parallel. For non-parallel movement, the crank rod and connecting rod drive can be used, which are adjusted independently on each rod. By appropriate arrangement of these mechanisms, the flocculation process can be further optimized.

Způsob mechanického míchání vodných suspenzí a zařízení pro jeho provádění jsou dále zobrazeny na přiložených výkresech, na nichž znázorňuje obr. 1 zařízení s pravoúhlým půdorysem a roštovým uspořádáním pádel v půdoryse a v příčném řezu, obr. 2 zařízení s kruhovým půdorysem a roštovým uspořádáním pádel v půdoryse a v řezu svislou osou zařízení a obr. 3 zařízení s pravoúhlým půdorysem a s několika táhly a s otvory v pádlech v axonometrickém pohledu.The method of mechanical mixing of the aqueous suspensions and the apparatus for carrying out the slurries are further illustrated in the accompanying drawings, in which: FIG. 3 is a plan view of a device with a rectangular plan and with several draw bars and with holes in the paddles in an axonometric view.

Podle vynálezu se ve směru hlavního proudu kapaliny sestupný proud vločkující suspenze ve vločkovacím prostoru periodicky pročesává a tím se zrychluje a zpomaluje, a to alespoň ve dvou rovinách nad sebou. Alespoň v jedné rovině dolní části vzestupného proudu koncentrované vyvločkované suspenze v čiřícím prostoru se suspenze periodicky pročesává, zrychluje a zpomaluje. Pročesávání se provádí kmitočtem do 0,2 Hz, přičemž amplituda kmitu pročesávání činí až 300 mm. Pročesávání lze s výhodou provádět plošně rovnoměrně. Provádí-li se pročesávání na několika místech, lze je provádět souběžně nebo časově nesouběžně s posunem fáze v sousedních prostorech až o 1/2 periody. Tím dochází v kapalině ke zvýšení smykových sil.According to the invention, the downward flow of the flocculating slurry in the flocculation space is periodically combed in the direction of the main fluid stream, thereby accelerating and decelerating in at least two planes one above the other. At least in one plane of the lower part of the ascending stream of the concentrated flocculated suspension in the clarifying space, the suspension is periodically combed, accelerated, and retarded. The combing is performed at a frequency of up to 0.2 Hz, the amplitude of the combing oscillation being up to 300 mm. The combing can preferably be carried out uniformly. If the combing is carried out at several locations, they can be performed concurrently or non-temporally with the phase shift in adjacent spaces by up to 1/2 period. This causes an increase in shear forces in the liquid.

Zařízení pro provádění způsobu mechanického míchání vodných suspenzí podle vynálezu má u provedení podle obr. 1 pravoúhlý půdorys a je opatřeno přívodem 2 surové vody', který je tvořen žlabem a přelivem 2 pro přepad surové vody, smíšené se srážedly, do vločkovacího prostoru 2· Okolo něho je symetricky umístěn čiřící prostor 4,· Při vnějším obvodu čiřícího prostoru _4 se nachází zahušťovací prostor 2 pro zahušťování kalu. Při hladině čiřícího prostoru 2 je žlab J5 pro odběr upravené vody. Na svislém táhle 15, spojeném se zdrojem 7_ svislého kmitavého pohybu jsou uspořádána první pádla 8, která jsou umístěna ve vločkovacím prostoru _3 a druhá pádla 9^, která jsou při dně čiřícího prostoru 4. První pádla _8 a druhá pádla 2 jsou plná a druhá pádla 2 jsou vzájemně spojena do roštů 12. Zařízení je ve žlabu S opatřeno prvním potrubím 10 pro výtok upravené vody. Zahuštovací prostor j5 je dole opatřen druhým potrubím 11 pro vypouštění kalu. Zařízení je opatřeno dnem sklánějícím se k třetímu potrubí 13 pro vypouštění obsahu zařízení. Mezi vločkovacím prostorem 2 ^a čiřícím prostorem £ jsou přetokové otvory 14. Zde jsou první pádla 2 ^a druhá pádla 2 společná pro vločkovací prostor 2 i čiřící prostorThe apparatus for carrying out the method of mechanical stirring of the aqueous suspensions according to the invention has a rectangular plan view in the embodiment of FIG. 1 and is provided with a raw water inlet 2 consisting of a trough and spillway 2 In the outer periphery of the clarifying space 4 there is a thickening space 2 for thickening the sludge. At the surface of the clarifying space 2 there is a trough 15 for withdrawing the treated water. On the vertical rod 15 connected to the source of vertical oscillatory motion are arranged first paddles 8, which are located in the flocculation space 3 and second paddles 9, which are at the bottom of the clarifying space 4. First paddles 8 and second paddles 2 are full and second the paddles 2 are connected to each other into the grates 12. The device is provided in the trough S with a first conduit 10 for discharging the treated water. The densification chamber 15 is provided at the bottom with a second sludge discharge pipe 11. The device is provided with a bottom inclined to the third conduit 13 for discharging the contents of the device. Between the flocculation space 2 ^{and the} clarification space 6 there are overflow openings 14. Here, the first paddles 2 ^{and the} second paddles 2 are common to both the flocculation space 2 and the clarification space.

U provedení podle obr. 2 s kruhovým půdorysem je přívod 2 surové vody tvořen trubkou, zaústěnou těsně pod hladinou kapaliny ve vločkovacím prostoru 2· První pádla 2 ^a druhá pádla 2 jsou umístěna symetricky a radiálně vůči svislé ose zařízení. Zahušťovací prostor 6 je umístěn kolem vločkovacího prostoru 2·In the embodiment according to FIG. 2 with a circular plan, the raw water inlet 2 is formed by a pipe which opens just below the liquid level in the flocculation space 2. The first paddles 2 ^{and the} second paddles 2 are arranged symmetrically and radially with respect to the vertical axis of the device. The thickening space 6 is located around the flocculation space 2.

U provedení podle obr. 3, které má pravoúhlý půdorys, jsou první pádla 2 i druhá pádla 2 opatřena průchozími otvory 12· J-sou zde zakreslena dvě táhla 15, která jsou vedena v kulise 19. Zdroj ? svislého kmitavého pohybu je vytvořen tak, že táhlo 15 je čepem spojeno s ojnici 17,. která j,e spojena čepem s klikou 16 poháněcího hřídele 20 elektromotoru.In the embodiment of FIG. 3, which has a rectangular plan view, both the first paddles 2 and the second paddles 2 are provided with through holes 12 '. the vertical oscillating movement is such that the rod 15 is connected to the connecting rod 17 by a pin. which is connected by a pin to the crank 16 of the drive shaft 20 of the electric motor.

Zařízení podle vynálezu pracuje následovně:The device according to the invention operates as follows:

Surová voda se srážedly protéká vločkovacím prostorem 2 směrem shora dolů, v přetokových otvorech 14. mění směr proudění a stoupá vzhůru v čiřícím prostoru _4· Ve vločkovacím prostoru 2 kmitají ve směru šipek nahoru a dolů první pádla 2> čímž vznikají vločky, které jsou unášeny ve směru šipek přetokovými otvory 14 do čiřícího prostoru _4, kde se zachytí ve vločkovém mraku. Kmitání druhých pádel 9 ve směru šipek vyvolává hydrodynamické síly, způsobující vznášení vrstvy vloček. Při kmitu druhých pádel 2 se hladina vloček zvedne a jejich horní vrstva přepadne do žahušťovacího prostoru 2· Upravená voda odtéká žlabem 2 P^i hladině kapaliny. Kal se periodicky vypouští třetím potrubím 13.The raw water flows through the flocculation space 2 from top to bottom, in the overflow openings 14, changes the flow direction and rises upward in the clarification space 4. In the flocculation space 2, the first paddles 2 oscillate in the direction of the arrows. in the direction of the arrows through the overflow openings 14 into the clarifying space 4, where it is trapped in the snowflake cloud. The oscillation of the second paddles 9 in the direction of the arrows causes hydrodynamic forces causing the float layer to float. At the oscillation of the second paddles 2, the float level rises and their upper layer falls into the annealing space 2. The treated water flows through the trough 2 at the liquid level. The sludge is periodically discharged through a third line 13.

První pádla 2 ^a druhá pádla 2 znázorněná na obr. 3 působí takto:The first paddles 2 ^{and the} second paddles 2 shown in Fig. 3 act as follows:

Při svislém kmitání prvních pádel 2 protéká voda průchozími otvory 18 podle fáze periody pohybu prvních pádel 2 ohěma směry. Při obtékání prvních pádel 2 ^a při průtoku jejich průchozími otvory 18 vznikají a odtrhávají se víry, které vytvářejí Karmánovu vírovou dráhu. Víry poté vlivem viskozity kapaliny disipují. Chování vírů zintenzivňuje vločkovací proces. Ke stejnému jevu dochází za druhými pádly £, kde disipace je rychlejší, nebot koncentrace vloček je větší než ve vločkovacím prostoru 2· Vlivem hydrodynamických účinků zde dochází ke vznášení vrstvy vloček. Proces vločkování je zesílen nesouběžným pohybem prvních pádel .8 a druhých pádel j). U provedení podle obr. 3 je fáze posunutí prvních pádel 8^ a druhých pádel 9 rovna polovině periody kmitu. Tím se zvyšuje účinek smykových sil v suspenzi, cóž příznivě ovlivňuje kvalitu vloček.In the vertical oscillation of the first paddles 2, the water flows through the through-holes 18 according to the phase of the period of movement of the first paddles 2 in the fire directions. As the first paddles 2 flow ^and flow through their through-holes 18, vortices are formed and torn off, forming a Karman vortex path. The vortices then dissipate due to the viscosity of the liquid. The vortex behavior intensifies the flocculation process. The same phenomenon occurs after the second paddles 6, where the dissipation is faster, since the flocculation concentration is greater than in the flocculation space. The flocculation process is enhanced by the non-parallel movement of the first paddles 8 and the second paddles j). In the embodiment of FIG. 3, the displacement phase of the first paddles 8 and the second paddles 9 is equal to half the oscillation period. This increases the effect of shear forces in the suspension, which favorably affects the quality of the flocs.

Zařízení pro provádění mechanického míchání vodných suspenzí podle vynálezu není omezeno jen na provedení zobrazené na výkresech, např. pohon prvních pádel a druhých pádel 9_ a jejich vzájemné uspořádání sě mohou lišit.The apparatus for performing mechanical mixing of the aqueous suspensions according to the invention is not limited to the embodiment shown in the drawings, for example, the drive of the first paddles and the second paddles 9 and their arrangement relative to each other may vary.

Způsob mechanického míchání vodných suspenzí podle vynálezu a zařízení pro jeho provádění mohou být použity i při změkčování vod, neutralizaci průmyslových odpadních vod a při biologickém čištění vod.The method of mechanically mixing the aqueous suspensions according to the invention and the apparatus for carrying out it can also be used in water softening, neutralization of industrial waste water and biological water treatment.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A method of mechanically mixing aqueous suspensions during a flocculation process, characterized in that the downstream flocculating slurry is periodically combed, accelerated and decelerated in at least two planes in the main fluid flow direction, and at least in one plane the lower part of the ascended flow of concentrated flocculated suspension frequencies up to 0,2 Hz and amplitudes up to 300 mm.

Method according to claim 1, characterized in that the combing is carried out uniformly.

Method according to Claims 1 and 2, characterized in that the combing is carried out simultaneously.

4. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the combing is carried out non-contemporaneously with a phase shift of the adjacent spaces by up to half a period.

5. An apparatus for carrying out the method according to Claims 1 to 4, comprising a flocculating, clarifying and thickening space having movable paddles in the aqueous suspension space, characterized in that it is provided with at least one vertical rod (15) connected to a vertical source (7). the second paddles (9) are arranged on the rod (15) in at least two planes along the height of the flocking space (3) of the first paddles (8) and in at least one plane at the bottom of the clarifying space (4); in the overflow opening (14) between the flocculation space (3) and the clarification space (4), both the flocculation space (3) and the clarification space (4) are common.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the first paddles (8) and the second paddles (9) are full and connected together to the grates (12).

Device according to Claim 5, characterized in that the first paddles (8) and the second paddles (9) are provided with through holes (18).

Device according to Claims 5 to 7, characterized in that the flow area of the main fluid stream constitutes 50 to 90% of the area of the flocculation space (3) or clarification space (4) in the plane of the first paddles (8) or second paddles (9).

Device according to Claims 5 to 8, characterized in that the first paddles (8) are uniformly distributed over the surface of the flocculation space (3) and the second paddles (9) are uniformly distributed over the surface of the clarifying space (4).

Device according to Claims 5 to 9, characterized in that the distances between the first paddles (8) and the second paddles (9) along the height of the rod (15) increase in the flow direction of the liquid.

3 drawings