CS258883B1

CS258883B1 - Method for particles aggregation and equipment for its realization

Info

Publication number: CS258883B1
Application number: CS867305A
Authority: CS
Inventors: Bohumir Halamek
Original assignee: Bohumir Halamek
Priority date: 1986-10-10
Filing date: 1986-10-10
Publication date: 1988-09-16
Also published as: CS730586A1

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 pA method for aggregating particles suspended in water flowing aggregate suspension containing particles capable of aggregating one layer of grainy one material, allows you to prepare in one relatively small device suspension aggregates aggregated to different degrees aggregation by type, grain size and cut layers of granular material and flow through aggregates suspensions, including suitable suspensions for two-stage separation, possibly in a flake cloud, and fast filtration. Equipment to implement this In the method, at least in the part containing a layer of granular material in the direction 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.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a novel method of aggregating particles suspended in water that utilizes simultaneous adhesion to the grain surface of a granular material and a velocity gradient, and apparatuses for use in the treatment of water.

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·Water treatment is accomplished by converting the undesirable impurities present therein into particles capable of aggregating, aggregating these particles into aggregates that can be separated, and separating the formed aggregates from the treated water. During the aggregation, small, then gradually larger and finally large aggregates are formed · Medium-sized aggregates can be effectively separated by rapid filtration, large sedimentation or in a flocculent cloud · The course and the result of aggregation are conditioned by agitation which is and by dividing the velocity gradient values and its duration

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 ·Known particle aggregation methods use mechanical or hydraulic mixing · Their common feature and disadvantage is that the aggregation effect is achieved only by direct action of the velocity gradient · Large aggregates suitable for separation by settling or in a flocculent cloud, the preparation of which has to effect range of 10 to 10 ¹ s * ¹ , they are prepared in two stages by rapid and slow mixing. · 0.5 to 5 min. and a speed gradient of 500 to 200 s are required for rapid mixing; speed gradient of 100 to 20 s ”\ whose values should decrease in the direction of flow of the aggregate suspension

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 ·The classic quick mixers are fast mixers with paddle mixers or appropriately channeled aggregate suspension flow. Its disadvantage is the uneven speed gradient distribution and, in the case of fast mixers with paddle mixers, the power consumption for their propulsion. granular material in which a very uniform velocity gradient distribution is achieved ·

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.Conventional slow-mixing devices are separate flocculation tanks with paddle stirrers. Their disadvantages are the uneven speed gradient distribution, the formation of brittle aggregates that break down behind the rotating paddles and in the connections between the flocculation and separation tanks, and the power consumption to drive the agitators. Newer devices are composite units in which flocculation and separation spaces are defined in one tank and paddle mixers are installed in flocculation spaces. The latest devices are associated units in which flocculation spaces are provided with perforated burst walls with constant or, preferably, adjustable parameters.

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.The above-mentioned disadvantages of the known methods of aggregating particles suspended in water do not have the method of aggregating them according to the invention, in which the aggregating suspension of small aggregates or even non-aggregated particles is fed into a layer of at least one granular material flowing through pores or channels. the suspension is affected by the adhesion to the grain surface of the material and the velocity gradient induced by the flow of the suspension through the layer.

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.Said method of aggregating the particles suspended in water may be carried out in a device comprising a layer of at least one granular material and arranged such that it comprises at least one section into which the actual supply of the aggregating suspension provided with a control armature is connected and connected to a common supply of the aggregating suspension. which drains the suspension of large aggregates. By using a layer of two or more granular materials that differ in density and granularity, a gradual decrease in velocity gradient values can be achieved.

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.More preferred is an apparatus for carrying out a method of aggregating particles suspended in water comprising one layer of granular material and comprising at least one section into which the actual supply of the aggregate suspension provided with a control armature is connected and connected to a common supply of the aggregate suspension. According to the invention, the principle is that at least in part the aggregation spaces filled with this layer of granular material widen in the flow direction of the aggregate suspension. In this device, the decrease in the velocity gradient values is continuous.

- 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.The flow of the aggregate suspension through the pores, possibly also through the channels, takes place in a non-floating layer of granular material. In the non-floating state, this layer is an aggregate suspension at lower flow rates. When the aggregate suspension flows sufficiently high, the non-floating layer of granular material passes into a fluidized bed in which the aggregate suspension flows around its individual suspended grains. The method of aggregating particles in the non-floating granular material layer differs significantly from the method of aggregating them in the floating granular material layer by its mechanism, the time it takes to aggregate in the granular material layer, and its result.

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.In the aggregation of particles in a float layer of granular material, the only aggression mechanism is the velocity gradient. The time during which aggregation of the particles in the fluidized bed of the granular material takes place corresponds to the residence of the aggregate suspension therein and is thus relatively short. As a result, even with different grades, granularities and layer heights of granular materials and different aggregate suspension flows, particle suspensions aggregated to lower aggregation stages and are suitable only for their single-stage separation by rapid filtration.

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.In the aggregation of particles in the non-floating layer of the granular material, adhesion to the grain surface and acceleration gradient act simultaneously. Due to the temporary adhesion of the aggregating particles to the grain surface of the granular material, the aggregation time of the particles in the non-floating layer of the granular material is considerably longer than the retention of the aggregate suspension in the layer. The result is, depending on the type, grain size and height of the granular material layer and aggregate suspension flows, particle suspensions aggregated to different degrees of aggregation. In practice, the preparation of suspensions aggregated to higher aggregation stages, which can be effectively separated by two-stage settling, possibly in a flocculent cloud, and by rapid filtration is of utmost importance, since it takes place in a single and relatively small plant. Previously known methods of aggregation of particles suspended in water achieved the same effect in two devices with a substantially larger total volume.

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 zrnitéhoThe high aggregation effect of the water-suspended particles aggregation process according to the invention results from several simultaneous processes, in particular the adhesion and aggregation of small aggregates. or even non-aggregated particles on the surface of the granular grains

- 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.- 4 material and tearing off large aggregates from the surface of these grains. tangential forces. At a constant flow of the aggregate suspension, an equilibrium is soon established between these processes in which the same amount of suspension is fed into the non-floating layer of granular material as it flows simultaneously, but with a high number of small aggregates or even more non-aggregated particles, and less large aggregates flow out of it. This equilibrium is disrupted for a short time when the aggregate suspension flow changes - after its increase the transport of aggregates from the non-floating layer temporarily increases, after its decrease it temporarily decreases.

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.The non-suspended granular material layer used to aggregate particles suspended in water by the process of the invention does not, in principle, require regeneration, since it is an integral part of its operational function. Nevertheless, its periodic regeneration is desirable for operational reasons in order to avoid reducing its aggregation effect by creating sludge clogged zones in the non-floating layer of granular material. Sufficiently effective regeneration is achieved by a short-term increase in the flow rate of the aggregate suspension, preferably to a value at which the layer of granular material is brought into perfect buoyancy. It is homogenized because most of the aggregates trapped in it are washed out. The aggregate slurry washed out during this regeneration can be treated in the following separation plants, as is the large aggregate slurry produced in the conventional method of aggregating water-suspended particles, so that there is no loss of treated water.

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 258883Advantages of the method for aggregating particles suspended in water and the apparatus for carrying out the present invention are high aggregation effect, low investment and operating costs, and the possibility of automating its operation. The reduction in investment costs is very significant, since suspensions of large aggregates suitable for separation by settling or in a flocculent cloud are prepared in a single device sized as a known fast mixer, whereas up to now two devices of an order of magnitude larger total volume have been required. Low operating costs are achieved by the high operational reliability and minimum demands on the operation and maintenance of the device according to the invention and also by the fact that during its operation there is no consumption of electric energy and there is no loss of treated water. Operation of the device according to the invention is possible very easily 258883

- 5 automatizovat, nebol je ovládán jen jednou armaturou v každé jejich sekci·- 5 automate, because it is controlled by only one armature in each section ·

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·The arrangement and function of the apparatus for carrying out the method of aggregating particles suspended in water according to the invention are explained by way of example only, but these serve only to illustrate the nature of the invention and do not limit its use in any way.

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 .An exemplary device is formed in a tank that is vertical partition 2 into two sections 3.3 * · ⁱⁿ each of the sections 3, 3 are defined inlet area A * and aggregate spaces Β, B *, which are separated by divider £, To each supply space. A * 3® has its own inlet 6, 6 * aggregating suspension equipped with control armature χ, 7 * and connected to common inlet 8 of this agglomerating suspension a layer of granular material is poured, and at the top of each aggregation space Β, B * a drain channel 2t 2L ^{π &} ~ is connected to the outlet 10 of the suspension of large aggregates.

Popsané zařízení pracuje střídavě v pracovních a regeneračních cyklech, při .čemž trvání pracovních cyklů je obvykle o dva řády delší než trváni regeneračních cyklů.The described apparatus operates alternately in duty and regeneration cycles, with the duration of the duty cycles being typically two orders of magnitude longer than the duration of the regeneration cycles.

fl. -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.In the operating cycle, the agglomerating suspension containing small aggregates or even non-aggregated particles is fed via a common inlet 8 and its own inlets 6. 6 *. of which the control fittings 1 »7 * are open, into the supply spaces A, A *, and therefrom after uniformly distributing its flow through the altered heads into non-floating layers of granular material. The pores or channels pass through these, at the same time adhesion and aggregation of small aggregates or even non-aggregated particles on the surface of its grains and tearing of large aggregates from the surface of these grains by tangential forces. The suspension of the thus formed large aggregates then falls into the gutters 9 'and flows through the outlet 10 to the next separation device.

* 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 ·* The regeneration cycle of the granular material layer in the aggregation space B begins by closing the control fitting 7 * », by which the entire flow of the agglomerating suspension is transferred to the χ section. This increases the flow rate of the agglomerating suspension in this section 2 and the layer of granular material is brought to a perfect buoyancy. It is homogenized because most of the aggregates trapped therein are washed out. The aggregate suspension washed out during this regeneration falls into the drain trough 2 ^and flows through the outlet 10 to the following separation device. The regeneration cycle of the granular material layer in the aggregation space B ends with the opening of the control fitting 7 *. Regeneration cycle of the layer of granular material in aggregation space B *. it starts with closing and ends with opening of the control fitting £ and proceeds in a similar way as the regeneration cycle of the layer of granular material in the aggregation space B ·

Claims

1 »; A method of aggregating particles suspended in water, characterized in that aggregating a suspension of small aggregates or even non-aggregated particles is fed to a layer of at least one granular material through which pores and / or channels flow and where the suspension is adhered to and the velocity gradient induced by the suspension flowing through this layer.

2 ». Apparatus for carrying out the method according to the point comprising one layer of granular material and consisting of at least one section into which the actual supply, an aggregating suspension provided with a control armature is connected and connected to a common supply of this aggregating suspension, and by expanding at least in part the aggregation spaces (B) filled with the layer of granular material in the direction of flow of the aggregate suspension;