RU103800U1

RU103800U1 - HYDRODYNAMIC REACTOR

Info

Publication number: RU103800U1
Application number: RU2010128180/05U
Authority: RU
Inventors: Борис Михайлович Посметный; Сергей Михайлович Сидоров
Original assignee: Сергей Михайлович Сидоров
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2011-04-27

Abstract

1. Гидродинамический реактор, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями для жидкости, в котором расположены ротор и статор в виде дисков с концентрическими пазами идентичного профиля на поверхности, образующими выступы, пазы ротора и выступы статора сопряжены с осевым зазором, отличающийся тем, что пазы имеют профиль треугольника с углом, противолежащим поверхности ротора, 40-80°, и предусмотрены дополнительные средства турбулизации потока обрабатываемой жидкости в виде цилиндрических отверстий на роторе и статоре, способных совмещаться при вращении ротора и расположенных между наибольшим по радиусу концентрическим пазом и краем ротора. ! 2. Гидродинамический реактор по п.1, отличающийся тем, что отверстия на роторе сквозные. 1. Hydrodynamic reactor containing a housing with inlet and outlet openings for liquid, in which the rotor and stator are located in the form of disks with concentric grooves of identical profile on the surface, forming protrusions, rotor grooves and stator protrusions are conjugated with an axial clearance, characterized in that the grooves have a triangle profile with an angle opposite the surface of the rotor, 40-80 °, and additional means are provided for turbulizing the flow of the treated fluid in the form of cylindrical holes on the rotor and stator, capable of placed during the rotation of the rotor and located between the radially concentric groove and the edge of the rotor. ! 2. The hydrodynamic reactor according to claim 1, characterized in that the holes on the rotor are through.

Description

Полезная модель относится к устройствам очистки сточных вод, и может быть использована для обработки осадков сточных вод, в частности кондиционирования избыточного активного ила перед обезвоживанием, а также дезинфекции воды.The utility model relates to wastewater treatment devices, and can be used to treat sewage sludge, in particular, to condition excess activated sludge before dehydration, as well as to disinfect water.

При переработке сточных вод образуются осадки, представляющие собой суспензии, выделяемые в процессе их механической, биологической и физико-химической очистки. Плохая влагоотдача осадков затрудняет их последующую обработку и утилизацию, а содержащиеся в осадке патогенные бактерии и яйца гельминтов требуют обеззараживания.When wastewater is processed, sediments are formed, which are suspensions that are released in the process of their mechanical, biological and physico-chemical treatment. Poor moisture loss of sediments complicates their subsequent processing and disposal, and the pathogenic bacteria and helminth eggs contained in the sediment require disinfection.

Известно устройство для обеззараживания сточных вод [1] с помощью кавитации, содержащее конфузор - переднюю часть, сужающуюся по течению потока, узкую горловину, диффузор - концевую часть. Между конфузором и диффузором расположено искусственное препятствие в виде профилированной иглы для уменьшения сечения потока и турбина в виде лопаток для вращения профилированной иглы. В результате обтекания препятствия в области сужения потока увеличивается его скорость, создается перепад давления, приводящий к образованию кавитационных течений. Недостатком устройства является то, что кавитационный слой образуется только в диффузионной части трубы - по бокам сплошной струи жидкости, движущейся вдоль оси трубы, а в жидкости, движущейся вдоль оси диффузора, кавитация отсутствует. Это обстоятельство требует многократного циклического повторения процесса с одним и тем же объемом обрабатываемой жидкости. Это устройство не пригодно для кондиционирования осадков сточных вод, так как они имеют переменную вязкость, а рабочий режим аппарата требует постоянной вязкости обрабатываемой жидкости.A device for disinfecting wastewater [1] using cavitation, containing a confuser - the front part, tapering downstream, narrow neck, diffuser - end part. Between the confuser and the diffuser there is an artificial obstacle in the form of a profiled needle to reduce the flow cross section and a turbine in the form of blades for rotating the profiled needle. As a result of the flow around an obstacle in the field of narrowing of the flow, its speed increases, a pressure drop is created, leading to the formation of cavitation flows. The disadvantage of this device is that the cavitation layer is formed only in the diffusion part of the pipe - on the sides of a continuous stream of liquid moving along the axis of the pipe, and in the liquid moving along the axis of the diffuser, there is no cavitation. This circumstance requires repeated cyclic repetition of the process with the same volume of the processed fluid. This device is not suitable for conditioning sewage sludge, as they have a variable viscosity, and the operating mode of the apparatus requires constant viscosity of the treated fluid.

Применение аппаратов такого типа для дезинфекции жидкостей также представляется неэффективным, так как вдоль оси диффузора возможно проникновения патогенных микроорганизмов.The use of devices of this type for disinfection of liquids also seems to be ineffective, since pathogenic microorganisms can penetrate along the axis of the diffuser.

Известен кавитационный реактор роторного типа [2], который способен организовать интенсивное кавитационное течение во всем объеме обрабатываемой жидкости. Реактор, содержит корпус, имеющий полостную структуру с патрубками подвода и отвода жидкости, размещенные в полостной структуре корпуса ротор в виде центробежного колеса и статор, имеющие отверстия, совмещаемые при вращении ротора. Ротор снабжен кольцевой камерой высокого давления, расположенной по периметру, отверстия ротора выполнены в кольцевой камере. В процессе работы полый ротор заполняется обрабатываемой жидкостью, которая под действием центробежных сил движется к периферии ротора, и под давлением вырывается к статору из узких сопел, расположенных на его периферии. В процессе движения жидкости от центра ротора к соплам не предполагается какой либо ее обработки, кинетическая энергия ротора на участке от центра до входа в камеру высокого давления тратится только на транспортировку жидкости, придание ей ускорения для создания давления в камере, что неэффективно при обработке осадков сточных вод.Known cavitation reactor of the rotary type [2], which is able to organize an intensive cavitation flow in the entire volume of the processed fluid. The reactor contains a housing having a cavity structure with nozzles for supplying and discharging liquids, a rotor in the form of a centrifugal wheel and a stator located in the cavity structure of the housing, having openings that are compatible when the rotor rotates. The rotor is equipped with an annular high-pressure chamber located around the perimeter, the rotor holes are made in the annular chamber. In the process, the hollow rotor is filled with the treated fluid, which, under the action of centrifugal forces, moves to the periphery of the rotor, and under pressure breaks out to the stator from narrow nozzles located on its periphery. In the process of fluid movement from the center of the rotor to the nozzles, it is not supposed to be processed in any way; the kinetic energy of the rotor in the section from the center to the entrance to the high-pressure chamber is spent only on transporting the fluid, accelerating it to create pressure in the chamber, which is ineffective in the treatment of sewage sludge water

Кавитационный реактор роторного типа [3] предусматривает обработку жидкости при ее радиальном движении от центра ротора к периферии. Реактор содержит корпус с входным и выходным отверстиями для обрабатываемой жидкости, в котором расположены ротор и статор в виде дисков. Каждый диск имеет концентрические пазы, формирующие выступы между ними. В пазах выполнены радиальные каналы для протекания жидкости от центра ротора к периферии. При вращении ротора радиальные каналы поочередно перекрываются выступами пазов ротора и статора, сечение потока жидкости уменьшается, в результате чего в жидкости формируются области перепада давления, в которых образуются турбулентные и кавитационные течения.The cavitation reactor of the rotor type [3] provides for the processing of the liquid during its radial movement from the center of the rotor to the periphery. The reactor contains a housing with inlet and outlet openings for the fluid to be treated, in which the rotor and stator are located in the form of disks. Each disk has concentric grooves forming protrusions between them. In the grooves are made radial channels for fluid flow from the center of the rotor to the periphery. When the rotor rotates, the radial channels are alternately overlapped by the protrusions of the grooves of the rotor and stator, the cross section of the fluid flow decreases, as a result of which pressure differential regions are formed in the fluid, in which turbulent and cavitational flows are formed.

Исходя из особенностей задач при обработке осадков сточных вод, необходимо предусмотреть комплексное воздействие, в совокупности обеспечивающие смещение равновесия коллоидных систем осадков сточных вод, клеточную деструкцию микроорганизмов, коагуляцию, что позволяет увеличить влагоотдачу осадков сточных вод перед обезвоживанием с одновременной дезинфекцией жидкости.Based on the characteristics of the tasks in the treatment of sewage sludge, it is necessary to provide for a complex effect, which together provides a shift in the equilibrium of the colloidal systems of sewage sludge, cell destruction of microorganisms, coagulation, which allows to increase the moisture loss of sewage sludge before dehydration with simultaneous disinfection of the liquid.

Полезная модель основана на высокой чувствительности плоских течений к изменениям бокового давления [4].The utility model is based on the high sensitivity of plane flows to changes in lateral pressure [4].

Целесообразно организовать радиальное плоское течение, подверженное изменениям бокового давления, что обеспечит интенсивные кавитационные возмущения во всем объеме потока. Помимо кавитации, интенсивное воздействие на обрабатываемую жидкость оказывают турбулентные пульсации скорости в струе, многократно повышающие интенсивность технологического процесса. Поэтому целесообразно дополнительно предусмотреть средства интенсификации технологического процесса, разместив их на роторе и статоре в местах, где скорость движения жидкости максимальна, то есть у периферии ротора. Средства интенсификации целесообразно выполнить виде отверстий, глубина которых превышает их диаметр, способных периодически совмещаться при вращении роторау образуя объемы резкого понижения давления по типу «ячеек Григгса» [5], причем для вязких осадков отверстия на роторе могут быть сквозными.It is advisable to organize a radial plane flow, subject to changes in lateral pressure, which will provide intensive cavitation disturbances in the entire flow volume. In addition to cavitation, turbulent pulsations of the velocity in the jet exert an intense effect on the liquid being treated, many times increasing the intensity of the technological process. Therefore, it is advisable to additionally provide means for intensifying the technological process by placing them on the rotor and stator in places where the fluid velocity is maximum, that is, at the periphery of the rotor. The intensification means should be made in the form of holes, the depth of which exceeds their diameter, capable of periodically matching when the rotor rotates, forming volumes of a sharp decrease in pressure according to the type of "Griggs cells" [5], and for viscous precipitations the holes on the rotor can be through.

Техническая задача полезной модели - создание эффективного устройства, предусматривающее комплексную обработку при кондиционировании осадков сточных вод перед обезвоживанием, целях улучшения влагоотдающих свойств, с одновременной дезинфекцией.The technical task of the utility model is the creation of an effective device that provides integrated treatment for conditioning wastewater sludge before dehydration, in order to improve dehumidifying properties, with simultaneous disinfection.

На Фиг.1 показан разрез реактора, на Фиг.2 показан элемент А с Фиг.1, на Фиг.3 показан вариант выполнения конструкции со сквозными отверстиями на роторе.Figure 1 shows a section of the reactor, figure 2 shows the element a from figure 1, figure 3 shows an embodiment of a design with through holes on the rotor.

Реактор состоит из разъемного статора 1 цилиндрической формы, образующего полость, в которой имеются входное отверстие 2 и выходное отверстие 3, размещается ротор 4, закрепленный на валу 5. Вал приводят во вращение внешней силой, например электродвигателем (не показан). На обеих поверхностях ротора выполнены концентрические пазы 6, имеющие профиль треугольника, с внутренним углом у. Концентрические пазы на Поверхности ротора формируют между собой выступы 7. Аналогично на дисках статора также имеются концентрические пазы 8, образующие между собой выступы 9. Профиль концентрических пазов ротора и статора идентичен, пазы ротора сопрягаются с выступами статора, а пазы статора сопрягаются с выступами ротора с осевым зазором d (Фиг.2). Между наибольшим по радиусу концентрическим пазом и краем ротора расположены средства турбулизации потока обрабатываемой среды, представляющие собой отверстия 10 на роторе, и отверстия 11 на статоре, способные совмещаться при вращении ротора. Между наименьшим по радиусу концентрическим пазом и центром ротора расположены отверстия 12, являющиеся средствами перемешивания.The reactor consists of a detachable stator 1 of cylindrical shape, forming a cavity in which there is an inlet 2 and an outlet 3, a rotor 4 is mounted, mounted on the shaft 5. The shaft is driven by external force, for example, an electric motor (not shown). Concentric grooves 6 are made on both surfaces of the rotor, having a triangle profile, with an internal angle y. Concentric grooves on the surface of the rotor form protrusions 7. Similarly, the stator disks also have concentric grooves 8 forming protrusions 9. The profile of the concentric grooves of the rotor and stator is identical, the rotor grooves mate with the stator protrusions, and the stator grooves mate with the rotor protrusions with axial clearance d (Figure 2). Between the largest radius of the concentric groove and the edge of the rotor there are means for turbulizing the flow of the medium being treated, which are holes 10 on the rotor and holes 11 on the stator, which can be combined when the rotor rotates. Between the smallest radius of the concentric groove and the center of the rotor are openings 12, which are mixing means.

Обрабатываемую жидкость через входное отверстие 2 подают под некоторым давлением в реактор, где она попадает на ступицу ротора и отбрасывается центробежными силами от центра вращения ротора к его периферии. Посредством отверстий 12 жидкость заполняет реактор, интенсивно перемешивается, и поступает в осевые зазоры между пазами и выступами дисков ротора и статора. Благодаря силам смачиваемости между обрабатываемой жидкостью и поверхностями реактора, жидкость приходит во вращение, увлекается пазами и выступами ротора и удерживается пазами и выступами статора. При движении жидкости в осевых зазорах возникают напряжения растяжения, сдвига, формируется плоский поток вращающейся жидкости, натекающий и отрывающийся от поверхностей пазов и выступов, испытывающий при этом боковые перепады давления.The processed fluid through the inlet 2 is fed under some pressure to the reactor, where it enters the hub of the rotor and is discarded by centrifugal forces from the center of rotation of the rotor to its periphery. Through holes 12, the liquid fills the reactor, mixes intensively, and enters the axial gaps between the grooves and protrusions of the rotor and stator disks. Due to the wettability between the fluid being treated and the surfaces of the reactor, the fluid comes into rotation, is carried away by the grooves and protrusions of the rotor, and is held by the grooves and protrusions of the stator. When the fluid moves in axial gaps, tensile and shear stresses arise, a flat flow of rotating fluid forms, flowing and tearing away from the surfaces of the grooves and protrusions, experiencing lateral pressure drops.

По мере натекания струи на выступ, боковое давление повышается, а по мере стекания струи с выступа - понижается. Пройдя последний выступ, поток подвергается воздействию средств турбулизации, расположенных между наибольшим по диаметру концентрическим пазом и краем ротора и выталкивается из реактора через выходное отверстие 3.As the jet flows onto the protrusion, the lateral pressure increases, and as the jet flows off the protrusion, it decreases. After passing the last protrusion, the flow is exposed to turbulization means located between the largest diameter concentric groove and the edge of the rotor and is pushed out of the reactor through the outlet 3.

При треугольном профиле концентрических пазов с внутренним углом 40°≤γ≤80°, зависящего в реальном реакторе от глубины паза и диаметра ротора, в установившемся режиме реактора осевой зазор является отрезком волновой системы с условиями, заданными на конце. Возбуждение перекрывающимися отверстиями колебаний на одном конце потока с частотами, близкими к общей частоте, излучаемой реактором, многократно интенсифицирует процесс обработки жидкости.With a triangular profile of concentric grooves with an internal angle of 40 ° ≤γ≤80 °, depending in the real reactor on the depth of the groove and the diameter of the rotor, in the steady state reactor, the axial clearance is a segment of the wave system with the conditions specified at the end. Excitation by overlapping openings of vibrations at one end of the stream with frequencies close to the total frequency emitted by the reactor intensifies the process of liquid processing many times.

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется Комплексное воздействие на обрабатываемую среду, гидромеханическое перед входом в осевой зазор, кавитационное в осевом зазоре, и импульсное, с помощью средств турбулизации потока.Thus, in the proposed device, a Comprehensive effect is carried out on the medium being treated, hydromechanical before entering the axial clearance, cavitation in the axial clearance, and pulsed by means of flow turbulization.

Экспериментально на гидродинамическом реакторе с диаметром ротора 310 мм, профиле концентрических пазов в форме равностороннего треугольника (γ=60°) с высотой h=5 мм, зазоре d=1 мм, скорости вращения ротора 2950 ^об/_мин, достигнута производительность по жидкости - 1,5 м³/час. Исходный осадок - избыточный активный ил вторичных отстойников.Experimentally on hydrodynamic reactor with a rotor diameter of 310 mm and concentric grooves profile in the shape of an equilateral triangle (γ = 60 °) with a height h = 5 mm, the gap d = 1 mm, rotor speed of 2950 ^rev / _min, is achieved performance liquid - 1 5 m ³ / hour. The initial sludge is excess activated sludge from the secondary sedimentation tanks.

Показатели влагоотдачи определялись по известному способу [6], путем отбора проб исходного и обработанного осадка, и сравнения показателя оптической плотности фильтратов указанных проб.Moisture loss indicators were determined by a known method [6], by sampling the initial and treated sediment, and comparing the optical density of the filtrate of these samples.

Бактериологические и паразитологические показатели определялись по известным методикам МУ 2.1.5.800-99 и МУК 4.2.796-99.Bacteriological and parasitological indicators were determined according to the known methods MU 2.1.5.800-99 and MUK 4.2.796-99.

Сравнительные параметры обрабатываемой жидкости до и после обработки приведены в Таблице.Comparative parameters of the processed fluid before and after treatment are shown in the Table.

ТаблицаTable Наименование показателяName of indicator Осадок до обработкиPrecipitate before processing Осадок после обработкиSludge after processing Показатель влагоотдачиMoisture loss indicator Оптическая плотность фильтратаThe optical density of the filtrate 1,921.92 0,120.12 Бактериологические показателиBacteriological indicators Общие колиформные бактерии в 100 мл. КОЕTotal coliform bacteria in 100 ml. CFU 6,2∗10⁴ 6.2 ∗ 10 ⁴ не обнаруженоnot found Термотолерантные колиформные бактерии в 100 мл. КОЕThermotolerant coliform bacteria in 100 ml. CFU 1,2∗10⁴ 1,2 ∗ 10 ⁴ не обнаруженоnot found Патогенные микроорганизмы в 1000 мл.Pathogens in 1000 ml. обнаружена S.infantisdetected by S.infantis не обнаруженоnot found Паразитологические показателиParasitological indicators Яйца гельминтовHelminth eggs обнаруженыdiscovered не обнаруженыnot detected Цисты кишечных простейшихIntestinal cysts обнаруженыdiscovered не обнаруженыnot detected

Таким образом, техническая задача полезной модели решена.Thus, the technical problem of the utility model is solved.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2198847, кл. С02F 1/34, 2003.1. RF patent No. 2198847, cl. С02F 1/34, 2003.

2. Патент РФ №49608, кл. F24J 3/00, 20052. RF patent No. 49608, cl. F24J 3/00, 2005

3. Патент Украины №26547, кл. С02F 1/34, 2007.3. Patent of Ukraine No. 26547, cl. С02F 1/34, 2007.

4. Ультразвук, Маленькая энциклопедия. (Глав. ред. И.П.Голямина) - М.; Советская энциклопедия. 1979 г.400 с.4. Ultrasound, Little Encyclopedia. (Head. Ed. I.P. Golyamin) - M .; Soviet encyclopedia. 1979 400 p.

5. Патент США №5188090, F24C 9/00, 1991 г.5. US patent No. 5188090, F24C 9/00, 1991

6. Патент РФ №2006491, кл. C02F 11/12, 20006. RF patent №2006491, cl. C02F 11/12, 2000

Claims

1. Hydrodynamic reactor containing a housing with inlet and outlet openings for liquid, in which the rotor and stator are located in the form of disks with concentric grooves of identical profile on the surface, forming protrusions, rotor grooves and stator protrusions are conjugated with an axial clearance, characterized in that the grooves have a triangle profile with an angle opposite the surface of the rotor, 40-80 °, and additional means are provided for turbulizing the flow of the treated fluid in the form of cylindrical holes on the rotor and stator, capable of placed during the rotation of the rotor and located between the radially concentric groove and the edge of the rotor.

2. The hydrodynamic reactor according to claim 1, characterized in that the holes on the rotor are through.