Устройство для стабилизации железосодержащих вод и способ его осуществления

 

Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано при стабилизационной обработке агрессивных железосодержащих вод, а также при обезжелезивании воды. Цель изобретения - глубокое удаление агрессивной углекислоты из железосодержащих вод физическим методом без применения реагентов, сокращение времени и снижение затрат на стабилизацию воды. Устройство представляет собой последовательно установленные питающее сопло 1 с шириной щели 1 - 2,5 мм, дуговое сито 3 с шириной щели 0,5 - 1 мм и барботажную камеру 4. Воду подают через питающее сопло по касательной к внутренней поверхности дугового сита под давлением 1,5 - 5 ати. Обработка воды в барботажной камере ведется тонкодисперсным воздухом с диаметром пузырьков 0,5 - 1 мм при давлении 0,8 - 1 ати. Использование изобретения позволит сократить время на стабилизационную обработку в 6 - 15 раз и существенно снизить капитальные затраты. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано при стабилизационной обработке агрессивных железосодержащих вод, получаемых, например, при бурении водопонижающих скважин в районах открытых горных работ с целью использования их для хозяйственно-питьевых нужд, а также при обезжелезивании в процессе предварительной обработки воды для повышения величины рН и увеличения количества удаляемого железа. Целью изобретения является сокращение времени и снижение затрат на стабилизацию при глубоком удалении агрессивной углекислоты. На фиг. 1 изображена установка для стабилизации воды; на фиг.2 дуговое сито. Устройство состоит из щелевого питающего сопла 1, которое установлено на трубопроводе 2 исходной воды. Оно служит для формирования узкой ленты водяного потока и направления его строго по касательной на дуговую поверхность с поперечно расположенными колосниками дугового сита 3. Колосники решетки в поперечном сечении имеют форму трапеции, расстояние между ними, определяющее ширину щели сита, равно 1-0,5 мм. Отношение ширины щели питающего сопла и щели сита составляет от 1 до 5. Дуговое сито 3 служит для последовательного срезания от потока водяной ленты тонкого слоя воды каждым колосником и отбрасывания его с большой скоростью в подрешетное пространство, где установлена барботажная камера 4. Барботажная камера 4 представляет собой емкость, на дне которой под слоем воды 2,5-3 м уложены диспергаторы 5. Диспергаторы могут быть выполнены из любого пористого материала: керамических труб, перфорированных шлангов и т. п. Они служат для обработки воды в камере 4 тонкодисперсным воздухом. Давление и расход воздуха фиксируют соответственно манометром и расходомером. Установка работает следующим образом. Воду, содержащую агрессивную углекислоту, из скважины под давлением 1,5-5 ати подают по трубопроводу в питающее сопло 1, где она формируется в узкую ленту по выходному отверстию сопла толщиной 1-3 мм, и с большой скоростью по касательной к дуговой поверхности сита на колосниковую решетку дугового сита 3 с центральным углом дуги 45-270^о, где в центробежном поле надрешетного пространства идет процесс газовыделения углекислоты. При этом каждый колосник дугового сита срезает острым углом с нижней части водяной ленты слой толщиной 0,0055-0,019 мм и отбрасывает его радиально в подрешетное пространство, где в межколосниковой зоне создается вакуумметрическое давление, благоприятно действующее на процесс выделения агрессивной углекислоты. Таким образом, на дуговом колосниковом сите выделяется до 80% агрессивной углекислоты, содержащейся в исходной воде. С дугового сита 3 вода поступает в барботажную камеру 4, где происходит удаление остаточной углекислоты. В барботажной камере воду обрабатывают тонкодисперсным воздухом с диаметром пузырьков 0,5-1 мм, при соотношении воздуха и воды 3:1. Для этого в диспергаторы 5 подают воздух от компрессорной установки через ресивер под давлением 0,8-1 ати. После барботажа в камере 4 в течение 20-30 мин агрессивная углекислота удаляется из воды полностью. Вода поступает в накопитель, оттуда насосом ее подают потребителю. Тонкодисперсность обусловлена максимальным увеличением активной поверхности диспергируемого воздуха и более полного полезного использования его для достижения цели. Для осуществления предлагаемого способа обработке подвергают агрессивную железосодержащую воду следующего состава: t 4-8^oC, pH_cp 6,25, Fe⁺² 6,3-10 мг/л; СО₂агрес 30-50 мг/л; СО₂своб 140-160 мг/л; Са⁺² 28-34 мг/л; Mg⁺² 14-18 мг/л; Na 28-20 мг/л; О₂ не обнаружено; SO₄ не обнаружено; Cl 8-10 мг/л; НСО₃ 220-265 мг/л; H₂S не обнаружен. П р и м е р 1. Рассмотрим влияние на стабилизацию воды давления подаваемой насосом воды на дуговое сито. На трубопровод установили питающее сопло с шириной щели 2,5 мм. Дуговое сито имело расстояние между колосниками 1 мм. Воду на дуговую поверхность сита подавали по касательной под давлением 1; 1,5; 3,0; 5 ати. Поток воды пересекает перпендикулярно расположенные колосники. При этом каждый последующий колосник сита срезает тонкий нижний слой потока воды, отсекая и изменяя его направление. В результате под ситом образуется водяной веер тончайших радиальных струек, переходящих в мелкие капли и "водяную пыль". Процесс интенсификации газовыделения происходит, во-первых, за счет вытеснения СО₂ в центробежном поле надрешетного дугового потока, возникающем при попадании воды на дуговую поверхность сита, во-вторых, за счет увеличения скорости вытеснения в отклоненной тонкой струе в межколосниковом разреженном пространстве, в-третьих, за счет дополнительного удаления газа при разбрызгивании струй воды. При последующей обработке воды газовыделение происходит путем десорбции СО₂ в барботажной камере воздухом с диаметром пузырьков 0,5-1 мм при давлении в диспергаторе 0,8-1 ати. Тонкодисперсность воздуха обеспечивает максимально возможное использование данного объема воздуха за счет увеличения его активной поверхности, что позволяет достичь полной десорбции СО₂ при расходе воздуха 3 м³/м³ воды. Результаты представлены в табл. 1. Как видно, после обработки воды наличие СО₂ агр обнаружено только при подаче воды на дуговое сито под давлением 1 ати. Верхний предел давления увеличивать нецелесообразно из экономических соображений, так как это требует дополнительных конструктивных решений. П р и м е р 2. Рассмотрим влияние ширины щели питающего сопла и соотношения его ширины к ширине щели сита, определяемой расстоянием между колосниками сита. Для этого на трубопроводе устанавливали питающее сопло с шириной щели 1; 2,5; 3 мм. Сопло с шириной щели меньше 1 мм, как показали исследования, не обеспечивает использования всей дуговой поверхности, что сказывается на эффективности очистки. Расстояние между колосниками дугового сита составило 0,5 мм; 1 мм. Исследования показали, что при меньшем, чем 0,5 мм, и большем 1 мм расстоянии используется не вся дуговая поверхность и не обеспечивается срезание потока с достаточной степенью точности, чтобы получился водяной веер тончайших радиальных струек, переходящих в мелкие капли. Давление воздуха в диспергаторе соответствовало 0,8-1 ати, что позволило получить диаметр пузырьков воздуха 0,5-1 мм. Исходную воду на дуговое сито подавали под давлением 1,5; 3; 5 ати по касательной к нему. Результаты сведены в табл. 2. Как видно, при установке питающего сопла шириной 1-2,5 мм и при выполнении соотношения ширины щели питающего сопла к ширине щели сита от 1 до 5 получили положительные результаты по удалению агрессивной углекислоты, одновременно с этим отмечается повышение рН от 7 при давлении 1,5 ати до 7,45 при 5 ати. При установке питающего сопла шириной 3 мм, несмотря на выполнение соотношения 1-5, в обработанной воде содержание СО₂агр составило 5-10 мг/л, при этом рН 7,0. Таким образом, ширина щели питающего сопла не должна превышать 2,5 мм. П р и м е р 3. Рассмотрим влияние давления воздуха, поступающего в диспергатор барботажной камеры, и полученных в результате этого размеров пузырьков на стабилизацию воды. Воду под давлением 3 ати подавали на дуговое сито с шириной щели 0,5 мм через питающее сопло с шириной щели 1 мм (т.е. соотношение равно 2). В барботажную камеру через диспергатор подавали воздух под давлением 0,6; 1,2-1,5; 0,8-1 ати, диаметр пузырьков воздуха соответствовал 0,5-1 мм; 1,5-2 мм и 0,5-1 мм. Время обработки воды составило 20-30 мин. Результаты представлены в табл. 3. Как видно из таблицы, в обработанной воде отсутствие СО₂агр обеспечивается при обработке воздухом с диаметром пузырьков 0,5-1 мм при подаче воздуха под давлением 0,8-1,0 и 1,2-1,5 ати, однако подача воздуха под давлением 1,2-1,5 ати нецелесообразна, так как возрастает его расход до 5 м³ на 1 м² воды. П р и м е р 4. Рассмотрим обработку воды только на дуговом сите. Установили питающее сопло с шириной щели 2,5 мм. Воду с содержанием СО₂агр, равным 10 мг/л; 25 мг/л; 30 мг/л, подавали на дуговую поверхность по касательной под давлением 3 ати. После обработки воды с содержанием СО₂агр 10 и 25 мг/л агрессивной углекислоты не обнаружено, рН составлял 7,2. После обработки воды с содержанием СО₂агр 30 мг/л обнаружено наличие агрессивной углекислоты в количестве 6 мг/л при рН 7,15. Таким образом, вода с содержанием агрессивной углекислоты менее 30 мг/л может быть обработана до полного ее удаления только на дуговом сите. Вода, содержащая более 30 мг/л агрессивной углекислоты, требует дополнительной обработки в барботажной камере тонкодисперсным воздухом. Отсутствие СО₂агр в воде, обработанной предлагаемым способом при осуществлении его на предлагаемом устройстве, обеспечивается при следующих параметрах: давление воды в магистральном трубопроводе не менее 1,5 ати; диаметр пузырьков в барботажной камере 0,5-1 мм при давлении воздуха в диспергаторах 0,8-1 ати и расходе, воздуха не менее 3 м³ на 1 м³ воды; ширина щели между колосниками дугового сита в пределах 0,5-1 мм, а питающего сопла 1-2,5 мм при соотношении ширины щели питающего сопла (Н) к расстоянию между колосниками сита (h) _{т.е. от 1 до 5}. Вода, содержащая СО₂агр менее 25 мг/л может быть обработана только на дуговом сите. Технико-экономические преимущества предлагаемого решения по сравнению с прототипом заключаются в следующем: вода с исходным содержанием агрессивной углекислоты до 50 мг/л (концентрация свободной углекислоты составляет 145-164 мг/л) становится стабильной без применения реагентов; упрощаются условия обслуживания очистных сооружений за счет отсутствия операции приготовления реагента, отсутствия специального обслуживания оборудования по дегазации и осветлению воды, а также уплотнению и обезвоживанию осадка; сокращение времени на стабилизационную обработку в 6-15 раз; снижение капитальных затрат за счет исключения многочисленного оборудования, необходимого при реагентном способе стабилизации, и в связи с упрощением технологии снижение эксплуатационных затрат.

Формула изобретения

1. Устройство для стабилизации железосодержащих вод, содержащее аппарат для аэрации, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени и снижения затрат на стабилизацию при глубоком удалении агрессивной углекислоты, аппарат для аэрации выполнен в виде последовательно установленных питающего сопла, дугового сита с поперечно расположенными к потоку щелями и барботажной камеры с диспергаторами, установленный под дуговым ситом, при этом отношение ширины щели питающего сопла к ширине щели сита составляет от 1 до 5. 2. Способ стабилизации железосодержащих вод, включающий аэрацию воды, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени и снижения затрат на стабилизацию при глубоком удалении агрессивной углекислоты, воду подают по касательной к внутренней поверхности дугового сита под давлением 1,5 - 5 ати. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что воду дополнительно аэрируют в барботажной камере тонкодисперсным воздухом с диаметром пузырьков 0,5 - 1 мм при давлении воздуха 0,1 - 1 ати.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.04.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2003

Извещение опубликовано: 10.04.2003        

---