RU215253U1 - Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области отделения взвешенных грубодисперсных и коллоидных веществ от воды путем обработки известкованием, коагуляцией и флокуляцией в осветлителях воды и может быть использована во всех процессах предварительной очистки воды в энергетике и в различных отраслях промышленности, например, для подготовки воды на ТЭС перед подачей ее на установки обессоливания. Заявленное техническое решение представляет собой горизонтальный аппарат, состоящий из ряда емкостей цилиндрической или прямоугольной формы с организованными самотечными перетоками раствора между ними: камеры смешения воды с известковым молоком, камеры смешения с коагулянтом, камеры смешения с флокулянтом и хлопьеобразования, отстойника с тонкослойным блоком осветления воды; расходомера, насосов-дозаторов, шламовых насосов, мешалок, сотоблока, рН-метра, мутномера, деаэрационного устройства вакуумно-эжекционного типа, при этом корпус устройства выполнен разъемным. Технический результат - обеспечение работоспособности устройства при изменении температуры поступающей воды и совершенствование конструкции, обеспечивающее более качественное разделение осадка и очищенной воды с соблюдением условий для удобной и безопасной транспортировки аппарата. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области отделения взвешенных грубо дисперсных и коллоидных веществ от воды путем обработки известкованием, коагуляцией и флокуляцией в осветлителях воды и может быть использована во всех процессах предварительной очистки воды в энергетике и в различных отраслях промышленности, например, для подготовки воды на ТЭС перед подачей ее на установки обессоливания.

Уровень техники.

В процессах предварительной очистки воды в энергетике и в различных отраслях промышленности распространен способ умягчения и декарбонизации воды известкованием, который позволяет снизить жесткость питающей воды, удалить углекислоту, взвешенные и органические загрязнения. Процесс известкования включает подогрев исходной воды, смешивание ее с раствором известкового молока, введение коагулянта - сернокислого или хлористого железа, введение флокулянта, созревание осадки и его отделение от очищенной воды.

В отечественной практике широко применяются вертикальные осветлители воды типа ВТИ в книге: Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. - М.: МЭИ, 2003 с. 289) и типа ЦНИИ (там же с. 293) и более современно их развитие типа ОРАШ описанные в книге: Рябчиков Б.Е. Современная водоподготовка. - М.: ДеЛи плюс.2013, с. 294.

Осветлитель представляет собой цилиндрический корпус с контактной средой, внутри которого коаксиально расположены: смесительная камера, зона сбора и уплотнения осадка (шламоуплотнитель), воздухоотделитель, трубы подвода исходной воды, трубы и окна для удаления избытка взвеси из контактной среды (шламоприемные средства), осадкоуплотнитель (шламоуплотнитель) и устройство для отвода осветленной воды. Воздухоотделитель этого аппарата выполнен в виде открытой цилиндрической емкости, помещенной соосно в корпус осветлителя.

Осветлитель выполняется из металла и состоит из ряда камер, по которым вода последовательно проходит в процессе своей обработки. В начале исходная вода поступает в воздухоотделитель, где освобождается от пузырьков воздуха, мешающих осаждению взвеси. Далее по опускному трубопроводу она попадает в нижнюю коническую часть (смеситель). Патрубок ввода воды в смеситель располагается тангенциально, в результате чего создается вращательной движение воды. В начало, по ходу движения воды, подаются известковое молоко и раствор коагулянта, а в верхнюю часть смесителя - раствор флокулянта. Площадь смесителя по высоте увеличивается. Переменная скорость и вращательное движение воды способствуют интенсивному перемешиванию ее с реагентами и полному протеканию химических реакций. Высокая скорость движения воды в нижней части конуса смесителя препятствует осаждению и накапливанию осадка.

Далее поток воды проходит через перфорированные вертикальные и горизонтальные перегородки, предназначенные для стабилизации направления движения.

При выходе из перегородок сечение осветлителя увеличивается, скорость воды соответственно падает и образуется слой взвешенного осадка. При этом каждая частица взвеси хаотически перемещается, весь же слой в целом находится в фиксированном взвешенном состоянии. Поток обрабатываемой воды движется снизу - вверх через слой взвешенного осадка. Контакт воды и реагентов с частицами твердой фазы способствует полноте и скорости химических реакций, происходит т.н. контактная коагуляция.

Мелкодисперсные частицы взвеси, образующиеся в результате химических реакций и коагуляции, прилипают к ранее образовавшимся частицам, находящимся в слое. Интенсивность очистки воды зависит, главным образом от высоты и концентрации слоя осадка.

Перемешивание всех потоков растворов происходит за счет энергии очищаемой воды, без дополнительных перемешивающих устройств. Что обуславливает его низкую эффективность.

Недостатком приведенного типа осветлителей является необходимость подогрева воды до 30-35°С и поддержания ее в пределах ±0,5°С, требование стабильного расхода воды и низкая скорость восходящего потока = удельной производительности - для осветлителей с известкованием и коагуляцией проектная удельная производительность 4,2 - 4,5 м/ч (м³/м² ч), но обычно не превышает 2-3 м/ч. Собираются такие аппараты на месте, что требует значительных усилий и времени.

Известен Осветлитель природных вод (патентный документ RU 47766 U1), состоящий из цилиндроконического корпуса с успокоительными вертикальными и горизонтальными перегородками, трубопроводами подачи исходной воды и реагентов, сборным лотком осветленной воды и патрубками для отведения осветленной воды и шлама, коаксиально и последовательно размещенных в корпусе один под другим воздухоотделителя, шламоуплотнителя и цилиндроконического смесителя, гидравлически сообщенного с корпусом осветлителя, размещенного непосредсвенно под ним и снабженного тангенциальным патрубком для введения деаэрированной воды, сообщенным с опускным трубопроводом воздухоотделителя и размещенным в днище смесителя, отличающийся тем, что внутренняя поверхность цилиндроконического смесителя по окружности снабжена струенаправляющими винтовыми пластинами, смонтированными над патрубком для введения деаэрированной воды с постоянным шагом между пластинами, углом их наклона, равным 30-70° и высотой, составляющей 0,05-0,15 диаметра смесителя, при этом осветлитель дополнительно оснащен вторым тангенциальным патрубком для введения деаэрированной воды, расположенным по отношению к первому патрубку для введения деаэрированной воды на диаметрально противоположной стороне цилиндроконического смесителя, непосредственно над струенаправляющими винтовыми пластинами. Недостатками известного решения являются отсутствие деаэрационного устройства, невозможность безопасной и удобной транспортировки решения.

Известен Высокоскоростной способ химического умягчения из патентного документа US 2013313201 (А1), осуществляемый с помощью балластной системы флокуляции, которая химически смягчает воду и заставляет частицы жесткости выпадать в осадок из воды и кристаллизоваться; в процессе кристаллизации частицы жесткости растут и образуют балластные хлопья, которые отделяются от воды в виде осадка осветительным блоком, образуя осветленные стоки; отделенный осадок, включая кристаллы твердости, направляется в сепаратор, где ил разделяется на два потока, причем каждый поток имеет кристаллы солей жесткости, содержащиеся в нем; в одной технологической конструкции один поток включает кристаллы относительно небольшой жесткости, а другой поток включает кристаллы относительно большой жесткости; поток, имеющий относительно небольшие кристаллы жесткости, направляется в первый реактор и смешивается с поступающей водой и умягчающим реагентом; поток, имеющий относительно большие кристаллы, направляется ко второму нижестоящему реактору и смешивается с водой и флокулянтом, что способствует росту кристаллов жесткости.

Известен Способ извлечения нефти или газа и очистки полученной добываемой воды из патентного документа US 2018319690 (А1), который включает дегазацию сточных вод для удаления растворенных газов и последующее химическое размягчение сточных вод. После стадии химического умягчения сточные воды направляются через механический фильтр или мембрану, которая удаляет твердые вещества. После этого сточные воды направляются через установку Na- катионирования, которая еще больше умягчает сточные воды. Стоки ионообмена направляются через картриджный фильтр, а сточные воды из картриджного фильтра направляются через один или несколько блоков обратного осмоса.

Недостатком вышеприведенных решений является низкая удельная производительность и соответственно большие габариты, что исключает возможность транспортировки готовых установок и требует их монтаж на месте использования.

Наиболее близким прототипом является скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь компании Kriiger-Veolia (Multiflo) описанный в брошюре High rate softening solution for industry доступен на сайте: https://www.veoliawatertech.eom/asia/sites/g/files/dvc3516/files/document/2019/04/2630%2CSoftening2012.pdf с. 2.

Такой скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь для умягчения и декарбонизации природной воды представляют из себя горизонтальный аппарат составленные из ряда прямоугольных и/или цилиндрических емкостей с мешалками с организованными самотечными перетоками раствора между ними, и прямоугольным или цилиндрическим отстойником с тонкослойным блоком осветления воды, при больших размерах со скребковым механизмом для удаления образовавшегося осадка.

За счет оптимизации размеров и интенсивности перемешивания в разных камерах резко улучшаются условия осуществления протекающих процессов. В результате скорость воды/производительность такого аппарата достигает 25-30 м/ч=м³/ч². Кроме того, появилась возможность существенно снизить температуру исходной воды. Благодаря резкому снижению габаритов появляется возможность производить аппараты полной заводской готовности и монтировать готовыми, а не изготавливать их на месте.

Такие аппараты разработаны применительно к европейским условиям. Как оказалось, при эксплуатации в Российском климате с резким изменением температуры поступающей воды, колеблющийся от 4 до 20°С, которая, в соответствии с технологией, должна нагреваться до 20-25°С, при этом происходит бурное выделение растворенного в ней воздуха с флотированием введенных реагентов и образующихся флокул, что приводит к полному нарушению режима работы аппарата.

Кроме того, возможности транспортировать аппарат полной заводской готовности по дорогам общего пользования ограничивается стандартными транспортными габаритами. Для того, чтобы их сократить предлагается сделать корпус с разъемными соединениями между блоком емкостей и отстойником, а сам отстойник выполнить разъемным.

Заявленное техническое решение призвано устранить выявленные недостатки. Технический результат, достигаемый за счет заявленного решения, является обеспечение работоспособности устройства при изменении температуры поступающей воды и совершенствование конструкции, обеспечивающее более качественное разделение осадка и очищенной воды с соблюдением условий для удобной и безопасной транспортировки аппарата.

Раскрытие сущности полезной модели.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается включением в скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды, который представляют из себя горизонтальный аппарат, составленный из ряда прямоугольных и цилиндрических емкостей с мешалками с организованными самотечными перетоками раствора между ними, и прямоугольным или цилиндрическим отстойником с тонкослойным блоком осветления воды и с конусным или со скребковым механизмом для удаления образовавшегося осадка, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной камерой с деаэрационным устройством для отделения воздуха, которое представляет собой отдельную колонну или прямоугольную емкость с блоком вакуумно-эжекционных дегазаторов, причем прямоугольная емкость может быть включена в общий силовой корпус осветлителя.

При большой производительности аппарата для отделения воздуха наиболее приемлемо применение блока вакуумно-эжекционных дегазаторов, описанных в книге: Рябчиков Б.Е. Современная водоподготовка. - М.: ДеЛи плюс.2013, с. 226, как имеющих наибольшую производительность при допустимых размерах. Другие варианты деаэрационных устройств, например, в виде прямоугольной емкости с блоком форсунок-распылителей, или с многоступенчатым переливом между емкостями имеют значительно большей размер, сопоставимый с основным аппаратом.

При этом корпус для упрощения транспортировки может быть выполнен с разъемными соединениями между блоком емкостей и отстойником и между отстойником и блоком сборника осадка. Отстойник может быть выполнен цилиндрическим со скребковым механизмом для выгрузки осадка и с разъемным корпусом.

Заявленное техническое решение раскрыто с помощью представленных чертежей. На фиг. 1 показана принципиальная схема скоростного осветлителя-известкователя с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды, на фиг. 2 - вариант схемы скоростного осветлителя-известкователя с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды с единым корпусом, на фиг. 3 - вариант скоростного осветлителя-известкователя с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды с единым корпусом с цилиндрическим отстойником, снабженным скребком для выгрузки осадка. Цифрами на фигурах обозначены:

1 - камера смешения воды с известковым молоком; 2 - камера смешения с коагулянтом; 3 - камера смешения с флокулянтом и хлопьеобразования; 4 -тонкослойный отстойник; 5 - расходомер; 6 - деаэрационное устройство вакуумно-эжекционного типа; 7-9 - насосы-дозаторы; 10, 11 - шламовые насосы; 12-14, 22 - регулируемые мешалки; 15 - сотоблок; 16 - камера - деаэрационное устройство; 17, 18 - разъемные соединения; 19, 20 - рН-метр; 21 - мутномер.

Динамика полезной модели. Заявленное решение функционирует следующим образом: подогретая вода подается через расходомер 5 в деаэрационное устройство вакуумно-эжекционного типа 6, освобождается от выделившегося воздуха в камеру -воздухоотделитель 16 и самотеком переливается в первую камеру 1 с интенсивным перемешиванием, куда вводятся и известковое молоко. Время контакта в этой камере должно обеспечить окончательное растворение известковых частиц и начало их химического взаимодействия с солями жесткости в растворе. Туда же вводится часть шлама из отстойника, что добавляет новые сформированные частицы осадка. Данное время составляет 10-15 мин.

В следующей камере вводится коагулянт, что резко ускоряет реакцию и образование хлопьев. Время контакта составляет 1-2 мин.

Третья камера предназначена для окончательного формирования хлопьев осадка. Для этого в нее вводится флокулянт и организовано перемешивание низкой интенсивности. Время пребывания в ней 10-15 мин.

Образовавшаяся взвесь поступает в горизонтальный отстойник 4 с тонкослойными модулями 15, где происходит окончательное разделение фаз. Время отстаивания и разделения составляет до 30 мин.

Шлам собирается в нижней зоне отстойника 4 насосом 10 и откачивается на хранение, а часть насосом 11 возвращается в первую камеру.

Отстойник 4 может выполняться цилиндрическим со скребковым механизмом 23, приводящимся в движение мотор-редуктором 22, который сгребает шлам к центру конуса 5 и способствует его полной выгрузке из аппарата.

Чистая вода выводится из отстойника на дополнительную фильтрацию и далее к потребителям.

Пример осуществления

Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды производительностью 150-200 м³/ч, изготовленный в соответствии со схемой, показанной на фигуре 1 и имеющий размеры 9600x3300x3300 мм, снабженный четырьмя электрическими мешалками с частотным регулированием оборотов был изготовлен и протестирован заявителем. В камеру 1 установки через деаэрационное устройство вакуумно-эжекционного типа подавалась речная вода, после чего она самотеком перетекала в камеру 2, куда вводилось известковое молоко. Время контакта в этой камере обеспечивало окончательное растворение известковых частиц и начало их химического взаимодействия с солями в растворе. Туда же вводилась часть шлама из отстойника, что добавляло готовые сформированные частицы осадка. Смесь интенсивно перемешивалась, после чего перетекала в камеру 3. В нее вводился коагулянт - сульфат железа, что резко ускорило реакцию и образование хлопьев. Камера 4 предназначена для окончательного формирования хлопьев осадка. Для этого в нее вводился флокулянт Праестол 650 и было организовано перемешивание низкой интенсивности. Время пребывания в ней 10-15 мин. Полученная пульпа перетекла в отстойник 5, снабженным тонкослойным блоком высотой 500 мм с пластинами, установленными под углом 60°, где происходило ее интенсивное разделение на осевший шлам и чистую воду.

Осветленная вода поднялась вверх через наклонные пластины сотоблока, где она окончательно освободилась от взвесей и покинула установку.

Отстойная зона выполнена съемной (для удобства транспортировки), и стыкуется с основным корпусом посредством плоского фланцевого разъема.

В первой камере установлен проточный рН-метр, в отстойной зоне - рН метр и мутномер.

В процессе испытаний была определена производительность установки и ее технологические параметры. Производительность составила 150-200 м³/ч, время выхода на режим не превышало 20 минут, качество умягченной воды существенно превышало показатели параллельно работающих осветлителей типа ВТИ-400и.

Таким образом, заявленное решение является новым и технически применимым, обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Claims (8)

1. Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды, который представляет собой горизонтальный аппарат, состоящий из камеры смешения воды с известковым молоком, камеры смешения с коагулянтом, камеры смешения с флокулянтом и хлопьеобразования, отстойника с тонкослойным блоком осветления воды, с организованными самотечными перетоками раствора между емкостями, расходомера, насосов-дозаторов, шламовых насосов, мешалок, сотоблока, рН-метра, мутномера, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной камерой для отделения воздуха с деаэрационным устройством вакуумно-эжекционного типа, а корпус устройства выполнен разъемным.

2. Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды по п. 1, отличающийся тем, что деаэрационное устройство вакуумно-эжекционного типа представляет собой колонну или прямоугольную емкость с блоком вакуумно-эжекционных дегазаторов.

3. Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды по п. 1, отличающийся тем, что деаэрационное устройство вакуумно-эжекционного типа представляет собой прямоугольную емкость с блоком вакуумно-эжекционных дегазаторов, включенную в общий силовой корпус устройства.

4. Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды по пп. 1-3, отличающийся тем, что корпус устройства выполнен с разъемными соединениями между блоком емкостей и отстойником.

5. Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды по пп. 1-4, отличающийся тем, что разъемным выполнено соединение между отстойником и блоком сборника осадка.

6. Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды по пп. 1-5, отличающийся тем, что отстойник выполнен цилиндрическим со скребковым механизмом для выгрузки осадка.

7. Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды по пп. 1-5, отличающийся тем, что отстойник выполнен прямоугольным.

8. Скоростной горизонтальный осветлитель-известкователь с рециркуляцией шлама для умягчения и декарбонизации природной воды по пп. 1-7, отличающийся тем, что отстойник выполнен с тонкослойным блоком осветления воды с конусным дном.

Images