CS258883B1 - Způsob agregace částic a zařízení na jeho provádění - Google Patents

Abstract

Způsob agregace částic suspendovaných ve vodě průtokem agregující suspenze obsahující částice schopné agregovat nevznášenou vrstvou pejraéně jednoho zrnitého materiálu, umožňuje připravit v jednom relativně malém zařízení suspenzev agregátů agregovaných do různých stupňů agregace podle druhu, zrnitosti a výsek vrstvy zrnitého materiálu a průtoků agregujxcí suspenze, včetně suspenzí vhodných pro dvoustupňovou separaci usazováním, případně ve vločkovém mraku, a rychlou filtrací. Zařízení na provádění tohoto způsobu se alespoň v části obsahující vrstvu zrnitého materiálu ve směru p

Description

Předmětem vynálezu jsou nový způsob agregace částic suspendovaných ve vodě , který využívá současného působení adheze na povrchu zrn zrnitého materiálu a rychlostního gradientu, a zařízení na jeho provádění, jichž lze využít při úpravě vod.

Úprava vod se provádí převedením nežádoucích příměsí, které jsou v nich přítomny, na částice schopné agregovat, agregací těchto částic na agregáty, které je možné separovat, a separací vytvořených agregátů z upravované vody. V průběhu agregace se vytvářejí nejprve malé, poté postupně větší a konečně velké agregáty· Středně velké agregáty lze účinně separovat rychlou filtrací, velké usazováním nebo ve vločkovém mraku· Průběh a výsledek agregace je podmíněn mícháním, které při ní působí, a které je charakterizováno velikostí a rozdělením hodnot rychlostního gradientu a dobou jeho působení·

Známé způsoby agregace částic využívají mechanického nebo hydraulického míchání· Jejich společným význakem a současně i nevýhodou je, že agregačního účinku se dosahuje pouze přímým působením rychlostního gradientu · Velké agregáty vhodné pro separaci usazováním nebo ve vločkovém mraku, při jejichž přípravě musí působit rychlostní gradient v širokém rozmezí hodnot 10 až 10¹ s*¹, se jimi připravují ve dvou stupních rychlým a pomalým mícháním· Pro rychlé míchání se požaduje doba 0,5 až 5 min a rychlostní gradient 500 až 200 s , pro pomalé míchání doba 5 až 25 min a rychlostní gradient 100 až 20 s“\ jehož hodnoty by měly klesat ve směru průtoku agregující suspenze· Nevýhodou tohoto postupu je, že se musí provádět ve dvou konstrukčně odlišných zařízeních, z niohž druhé má relativně velký objem odpovídající době pomalého míchání ·

Klasickými zařízeními na rychlé míchání jsou rychlé mísiče b pádlovými míchadly nebo s vhodně usměrněným prouděním agregující suspenze · Jejioh nevýhodou je nerovnoměrné rozdělení rychlostního gradientu a v případě rychlých mísičů s pádlovými míchadly i spotřeba elektrické energie na jejich pohon· Novými zařízeními jsou rychlé mísiče se vznášenou vrstvou zrnitého materiálu, v nichž se dosahuje velmi rovnoměrného rozdělení rychlostního gradientu ·

Klasickými zařízeními na pomalé míchání jsou samostatné ' vločkovací nádrže s pádlovými míchadly. Jejich nevýhodami jsou nerovnoměrné rozdělení rychlostního gradientu, tvorba křehkých agregátů, které se tříští za otáčejícími se pádly a v propojeních mezi vločkovacími a separačními nádržemi, a spotřeba elektrické energie na pohon míchadel. Novějšími zařízeními jsou sdružené jednotky, v nichž jsou v jedné nádrži vymezeny vločkovací a separační prostory, a v jejichž vloČkovacích prostorách jsou instalována pádlová michadla. Nejnovějšími zařízeními jsou sdružené jednotky, v jejichž vloČkovacích prostorách jsou osazeny děrované norné stěny s konstantními nebo výhodněji s nastavitelnými parametry.

Uvedené nevýhody známých způsobů agregace částic suspendovaných ve vodě nemá způsob jejich agregace podle vynálezu, jehož podstatou je, že agregující suspenze malých agregátů nebo i ještě neagregovaných částic se přivádí do vrstvy nejméně jednoho zrnitého materiálu, kterou protéká póry, případně i kanálky, a ve které na tuto suspenzi působí adheze na povrchu zrn tohoto materiálu a rychlostní gradient vyvolaný prouděním této suspenze touto vrstvou.

Uvedený způsob agregace částic suspendovaných ve vodě lze provádět v zařízení obsahujícím vrstvu nejméně jednoho zrnitého materiálu a uspořádaném tak, že je tvořeno alespoň jednou sekcí, do které je zaústěn vlastní přívod agregující suspenze opatřený ovládací armaturou a napojený na společný přívod teto agregující suspenze, a ze které je vyveden odtok suspenze velkých agregátů. Použitím vrstvy dvou, případně i více zrnitých materiálů, které se liší měrnou hmotností a zrnitostí, lze dosáhnout stupňovitého poklesu hodnot rychlostního gradientu.

Výhodnější je zařízení na provádění způsobu agregace částic suspendovaných ve vodě obsahující jednu vrstvu zrnitého materiálu a tvořené alespoň jednou sekcí, do které je zaústěn vlastní přívod agregující suspenze opatřený ovládací armaturou a napojený na společný přívod této agregující suspenze , a ze které je vyveden odtok suspenze velkých agregátů, podle vynálezu, jehož podstatou je , že se alespoň v části agregační prostory naplněné touto vrstvou zrnitého materiálu ve směru průtoku agregující suspenze rozšiřuje, V tomto zařízení je pokles hodnot rychlostního gradientu plynulý.

- 3 Průtok agregující suspenze póry, případně i kanálky, se uskutečňuje v nevznášené vrstvě zrnitého materiálu . V nevznášeném stavu· je tato vrstva při nižších průtocích agregující suspenze. Při dostatečně velkém průtoku agregující suspenze přechází nevznášená vrstva zrnitého materiálu ve vznášenou (fluidní) vrstvu, ve které se průtok agregující suspenze uskutečňuje kolem jeho jednotlivých vznášených zrn. Způsob agregace částic v nevznášené vrstvě zrnitého materiálu se výrazně liší od způsobu jejich agregace ve vznášené vrstvě zrnitého materiálu svým mechanizmem, dobou, po kterou probíhá agregace ve vrstvě zrnitého materiálu, a svým výsledkem.

Při agregaci částic ve vznášené vrstvě zrnitého materiálu je jediným agregaoním mechanizmem rychlostní gradient . Doba, po kterou probíhá agregace částic ve vznášené vrstvě zrnitého materiálu, odpovídá zdržení agregující suspenze v ní, a je tedy poměrně krátká. Výsledkem jsou, a to i při použití různých druhů, zrnitostí a výšek vrstvy zrnitých materiálů a různých průtoků agregující suspenze, suspenze částic agregované do nižších stupňů agregace a vhodné jen pro jejich jedhostupňovou separaci rychlou filtrací.

Při agregaci částic v nevznášené vrstvě zrnitého materiálu působí současně adheze na povrchu jeho zrn a zychlostní gradient. Doba, po kterou probíhá agregace částic v nevznášené vrstvě zrnitého materiálu, je v důsledku dočasné adheze agregujících částic na povrchu jeho zrn podstatně delší než zdržení agregující suspenze v této vrstvě. Výsledkem jsou, podle druhu, zrnitosti a výšek vrstvy zrnitých materiálů a průtoků agregující suspenze, suspenze částic agregované do různých stupňů agregace . V praxi má největší význam příprava suspenzí agregovaných do vyšších stupňů agregace , které lze účinně separovat dvoustupňové usazováním, případně ve vločkovém mraku, a rychlou filtrací, neboč se uskutečňuje v jediném a relativně malém zařízení . Dosud známé způsoby agregace částic suspendovaných ve vodě dosahovaly téhož účinku ve dvou zařízeních o podstatně větším celkovém objemu.

Vysoký agregační účinek způsobu agregace částic suspendovaných ve vodě podle vynálezu je výsledkem několika současně probíhajících procesů, zejména adheze a agregace malých agregátů, . nebo i ještě neagregovaných částic na povrchu zrn zrnitého

- 4 materiálu a odtrhávání velkých agregátů od povrchu těchto zrn. tečnými silami. Při konstantním průtoku agregující suspenze se mezi těmito procesy brzy ustavuje rovnováha, při níž se do nevznášené vrstvy zrnitého materiálu přivádí stejné množství suspenze jako z ní současně odtéká , avšak s tím rozdílem , že do této vrstvy se přivádějí vysoké počty malých .agregátů nebo i ještě neagregovaných částic, a z ní odtékají menší počty velkých agregátů. Tato rovnováha se na krátkou dobu porušuje při změnách průtoku agregující suspenze - po jeho zvýšení se transport agregátů z nevznášené vrstvy dočasně zvětšuje, po jeho snížení se dočasně zmenšuje.

Nevznášená vrstva zrnitého materiálu používaná k agregaci částic suspendovaných ve vodě způsobem podle vynálezu principielně nevyžaduje regeneraci, nebol ta je neoddělitelnou součástí její provozní funkce . Navzdory tomu je však její periodická regenerace žádoucí z provozních důvodů , aby se předešlo snižování jejího agregačního účinku vytvářením zón zanesených kalem v nevznášené vrstvě zrnitého materiálu. Dostatečně účinné regenerace se dosáhne krátkodobým zvýšením průtoku agregující suspenze nejlépe na hodnotu, při které se vrstva zrnitého materiálu uvede do dokonalého vznosu. Přitom se zhomogenizuje, nebot se z ní vyplaví většina v ní zachycených agregátů. Suspenzi agregátů vyplavenou při této regeneraci lze stejně jako suspenzi velkých agregátů produkovanou při běžném provádění způsobu agregace částic suspendovaných ve vodě zpracovat v následujících separačních zařízeních, takže nedochází ke ztrátám upravované vody.

Výhodami způsobu agregace částic suspendovaných ve vodě a zařízení na jeho provádění podle vynálezu jsou vysoký agregační účinek , nízké investiční a provozní náklady a možnost automatizace jeho provozu. Snížení investičních nákladů je velmi výrazné, nebol suspenze velkých agregátů vhodných pro separaci usazováním nebo ve vločkovém mraku se připravují v jediném zařízení objemově dimenzovaném jako známé rychlé mísiče , zatímco až dosud k tomu bylo zapotřebí dvou zařízení o řádově větším celkovém objemu. Nízké provozní náklady se dosahují vysokou provozní spolehlivostí a minimální náročností zařízení podle vynálezu na jeho obsluhu a údržbu a rovněž tím, že se při jeho provozu nespotřebovává elektrická energie a nedochází ke ztrátám upravované vody. Provoz zařízení podle vynálezu je možné velmi snadno 258883

- 5 automatizovat, nebol je ovládán jen jednou armaturou v každé jejich sekci·

Uspořádání a funkce zařízení na provádění způsobu agregace částic suspendovaných ve vodě podle vynálezu jsou vysvětleny na jeho příkladném provedení, které však slouží pouze k objasnění podstaty vynálezu a nijak neomezuje možnosti jeho využití·

Příkladné zařízení je vytvořeno v nádrži , která je svislou přepážkou 2 rozdělena na dvě sekce 3.3* · ^v každé z těchto sekcí 3 , 3* jsou vymezeny přívodní prostora A , A* a agregační prostora Β , B* , které jsou odděleny mezidnem £ , 4* osazeným zcezovaoími hlavicemi £ · Do každé přívodní prostory A . A* 3® zaústěn vlastní přívod 6 , 6* agregující suspenze opatřený ovládací armaturou χ , 7* a napojený na společný přívod 8 této agrégující suspenze· Ve spodní části každé agregacní prostory Β , Β* , která se ve směru zespodu vzhůru rozšiřuje, je nasypána vrstva zrnitého materiálu, a v horní části každé agregační prostory Β , B* je instalován odtokový žlab 2t 2L ^π&~ pojený na odtok 10 suspenze velkých agregátů .

Popsané zařízení pracuje střídavě v pracovních a regeneračních cyklech, při .čemž trvání pracovních cyklů je obvykle o dva řády delší než trváni regeneračních cyklů.

fl. -

V pracovním cyklu se agrégující suspenze obsahující malé agregáty nebo i ještě neagregované částice přivádí společným přívodem 8 a vlastními přívody 6 . 6* . jejichž ovládací armatury 1» 7* jsou otevřeny, do přívodních prostor A, A*, a z nich po rovnoměrném rozdělení jejího průtoku zcezovaoími hlavicemi do nevznášených vrstev zrnitého materiálu. Těmi protéká póry, případně i kanálky, při čemž dochází současně k adhezi a agregaci malýoh agregátů nebo i ještě neagregovaných částic na povrchu jeho zrn a k odtrhávání velkých agregátů od povrchu těchto zrn tečnými silami. Suspenze takto vytvořených velkých agregátů poté přepadá do odtokových žlabů 9* a odtokem 10 odtéká do následujícího separačního zařízení.

* Regenerační cyklus vrstvy zrnitého materiálu v agregační prostoře B začíná uzavřením ovládací armatury 7* » jímž se celý průtok agrégující suspenze převede do sekce χ . Tím se v této sekci 2 zvýší průtok agrégující suspenze a vrstva zrnitého materiálu se uvede do dokonalého vznosu. Přitom se zhomogenizu— je, neboť se z ní vyplaví většina v ní zachycených agregátů. Suspenze agregátů vyplavená při této regeneraci přepadá do odtokového žlabu 2 ^a odtokem 10 odtéká do následujícího separačního zařízení. Regenerační cyklus vrstvy .zrnitého materiálu v agregační prostoře B končí otevřením ovládací armatury 7* . Regenerační cyklus vrstvy Zrnitého materiálu v agregační prostoře B*. začíná uzavřením a končí otevřením ovládací armatury £ a probíhá obdobně jako regenerační cyklus vrstvy zrnitého materiálu v agregační prostoře B ·

Claims (2)

1»; Způsob agregace částic suspendovaných ve vodě,vyznačující se tím , že agregujíoí suspenze malých agregátů nebo i ještě neagregovaných částic se přivádí do vrstvy nejméně jednoho zrnitého materiálu, kterou protéká póry, případně i kanálky, a ve které na tuto suspenzi působí adheze na povrchu zrn tohoto materiálu a rychlostní gradient vyvolaný prouděním suspenze touto vrstvou.

2» . Zařízení na provádění způsobu podle bodu obsahující jednu vrstvu zrnitého materiálu a tvořené alespoň jednou sekcí , do které je zaústěn vlastní přívod , agregující suspenze opatřený ovládací armaturou a napojený na společný přívod této agregující suspenze, a ze které je vyveden odtok suspenze velkých agregátů, vyznačující se tím, že se alespoň v části agregační prostory (B) naplněné vrstvou zrnitého materiálu ve směru průtoku agregující suspenze rozšiřuje ·