Осветлитель воды (варианты)

Изобретение относится к процессам отделения взвешенных грубодисперсных и коллоидных веществ от воды путем обработки известкованием, коагуляцией и флокуляцией в осветлителях воды. Осветитель включает цилиндрический корпус, трубы подвода исходной воды, раствора коагулянта, реагента и флокулянта, воздухоотделитель, снабженный насадком с лучевидно установленными патрубками, имеющими обращенное вверх прямоугольное колено, снабженное конусным раструбом, шламоуплотнитель и устройство для отвода осветленной воды. На конусных раструбах воздухоотделителя установлен над уровнем воды вертикальный цилиндрический патрубок, на боковой поверхности которого закреплено средство для каскадирования изливающейся струи воды, в виде горизонтального диска с обечайками, установленными на нем концентрично относительно патрубка. Высота каждой последующей обечайки меньше высоты предыдущей, а на верхней кромке обечаек выполнена наружная кольцевая горизонтальная полка. Средство для каскадирования, в варианте исполнения, выполнено в виде ярусно закрепленных на боковой поверхности патрубка горизонтальных дисков. На верхней поверхности дисков выполнен кольцевой бортик, диаметр внешней окружности которого меньше диаметра окружности диска. Технический результат состоит в повышении степени осветления воды. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к процессам отделения взвешенных мелкодисперсных веществ, коллоидных загрязнений и растворенных примесей от воды путем обработки известкованием, коагуляцией и флокуляцией, проводимым в осветлителях воды, содержащих воздухоотделительные устройства.

Известен осветлитель воды (модификации ЦНИИ-3 и ЦНИИ-4), описанный в книге Кургаева Е.Ф. ″Осветлители воды″, М., Стройиздат, 1977 г., с.112-119. Осветлитель включает цилиндрический корпус с контактной средой, трубу подвода исходной воды, воздухоотделитель, 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. В нижнюю боковую часть воздухоочистителя введена упомянутая труба подвода воды. Ее свободный конец повернут вверх под прямым углом и снабжен расширяющимся конусным раструбом, не выступающим над поверхностью воды (затопленным).

Недостатком приведенного типа осветлителей является низкая степень очистки воды от мелкодисперсной взвеси из-за нарушения процесса коагулирования содержащимися в воде нерастворенными газами. Последние удаляются недостаточно полно воздухоотделительным узлом этого аппарата по причине отсутствия свободного излива обрабатываемой воды и ее контакта с атмосферным воздухом.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является техническое решение, воплощенное в конструкции осветлителей, аналогичных по своей технической сущности вышеупомянутым осветлителям и описанным в книге Кишневского В.А. ″Современные методы обработки воды в энергетике″, Одесса, ″ОГПУ″, 1999 г., с.47-52. Это осветлители ″нормального ряда″ СКБ ВТИ производительностью от 63 до 1000 м³/ ч (конструктивная схема этих осветлителей более детально представлена в ж. ″Электрические станции″, №8, 1971 г, с.24-26).

Осветлитель включает цилиндрический корпус, трубы подвода исходной подогретой воды, известкового молока, раствора коагулянта, флокулянта, воздухоотделитель, 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 в корпус осветлителя, в нижнюю боковую часть которой введена вышеупомянутая труба подвода воды. Особенностью конструкции этих аппаратов является то, что конец трубы подвода исходной воды, расположенный в полости воздухоотделителя, снабжен насадком с лучевидно и горизонтально установленными патрубками, имеющими обращенное вверх прямоугольное колено, снабженное выходным конусным раструбом.

Негативной стороной такого типа осветлителей также является низкая эффективность очистки воды от взвешенных веществ из-за недостаточного удаления из воды воздуха, образующегося в результате нагрева воды, и углекислоты (СO₂), образующейся в результате реакции коагулянта с содержащимися в воде бикарбонатами. Газовые пузырьки углекислоты и воздуха недостаточно полно удаляются из воды в процессе ее истечения через конусные раструбы, вследствие ограниченности времени и неразвитости поверхности излива. В результате газовые пузырьки из нижней части осветлителя устремляются вверх, нарушают структуру скоагулированной взвеси в зоне контактной среды, захватывают частицы взвеси и поднимают их в зону осветленной воды (флотируют), что снижает степень (глубину) очистки воды.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности очистки воды от взвешенных веществ в осветлителях воды.

Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки (осветления) воды путем обеспечения беспрепятственного протекания процесса выделения из нее взвешенных веществ и примесей за счет предварительного более полного удаления нерастворенных газов, образующихся в обрабатываемой воде.

Получение технического результата обеспечивается предлагаемым изобретением.

Осветлитель воды, выполненный в качестве примера воплощения изобретения, включает цилиндрический корпус, трубы подвода исходной воды, раствора коагулянта, реагента и флокулянта, воздухоотделитель, снабженный насадком с лучевидно и горизонтально установленными патрубками, имеющими обращенное вверх прямоугольное колено, снабженное конусным раструбом, шламоуплотнитель и устройство для отвода осветленной воды.

Согласно изобретению осветлитель воды характеризуется тем, что на конусных раструбах воздухоотделителя дополнительно установлен с расположением над уровнем воды вертикальный цилиндрический патрубок, на боковой поверхности которого закреплено средство для каскадирования изливающегося потока воды, выполненное в виде горизонтального диска с цилиндрическими элементами-обечайками, установленными на нем концентрично относительно упомянутого патрубка. Причем высота каждой последующей обечайки в порядке расположения от оси к периферии упомянутого диска меньше высоты предыдущей обечайки, а на верхней кромке патрубка и обечаек выполнена наружная кольцевая горизонтальная полка.

Упомянутое средство для каскадирования в варианте исполнения может быть выполнено в виде ярусно закрепленных на боковой поверхности вертикального цилиндрического патрубка горизонтальных дисков так, что диаметр каждого верхнего диска выполнен меньше диаметра смежного нижнего. На верхней поверхности названных дисков выполнен кольцевой бортик, диаметр внешней окружности которого меньше диаметра окружности диска на величину не менее высоты упомянутого бортика (фиг.4).

Процесс газоотделения достаточно интенсивен благодаря тому, что восходящий поток воды, изливаясь из вертикального патрубка, многократно каскадируется в контакте с атмосферным воздухом при тонкослойном или пленочном многоступенчатом изливе с козырьков вышерасположенных обечаек в нижние. При выполнении средства для каскадирования в виде дисков с бортиками обеспечивается тонкослойное растекание воды и каскадирование при переливании последовательно через кромки патрубка, при обтекании бортиков и при переливании через внешние кромки дисков (фиг.4). Таким образом, развитой поверхностью излива воды и соответственно увеличенным временем контакта с атмосферным воздухом достигается ее более глубокая дегазация. Вследствие этого в осветлителе создаются оптимальные условия для протекания процесса химического взаимодействия реагентов с растворенными в воде веществами. Результатом этого взаимодействия являются образования нерастворимых соединений, выделяющихся в виде хлопьев, и образование контактной среды по высоте осветлителя вплоть до шламоприемных средств. Нарушения структуры коагулированной взвеси за счет выделяющихся из обрабатываемой воды газовых пузырьков при этом не происходит и в результате достигается более глубокое осветление воды.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется схематическими чертежами, где на фиг.1 представлен осветлитель, главный вид в разрезе; на фиг.2 - вид воздухоотделителя по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - выносной фрагмент, обозначенный на фиг.1 в увеличении; на фиг.4 - вариант фрагмента, обозначенного на фиг.1.

Осветлитель содержит цилиндрический корпус 1 с контактной средой 2 (показана условно), трубу подвода исходной воды 3, трубу подвода коагулянтов 4, трубу подвода реагентов (известкового молока) 5 и трубу подвода флокулянта (полиакриламид - ПАА) 6. В верхней части корпуса 1 по его оси (коаксиально) помещен воздухоотделитель 7. В нем на насадке 8 трубы подвода исходной воды 3 лучевидно установлены патрубки 9, имеющие обращенное вверх прямоугольное колено, снабженное конусным раструбом 10, на котором установлен вертикальный патрубок 11. На боковой поверхности патрубка 11 над уровнем поверхности воды в воздухоотделителе закреплено средство для каскадирования изливающегося потока воды. Оно выполнено в виде горизонтального диска 12 с цилиндрическими или иной формы обечайками 13, установленными концентрично относительно патрубка 11. Высота h (фиг.3) каждой последующей обечайки 13, в порядке расположения от оси к периферии диска 12, меньше высоты h_o предыдущей обечайки (h<h₀). На переливной кромке стенок патрубка 11 обечаек 13 выполнены наружные кольцевые горизонтальные полки 14. Ширина этих полок выбрана в соответствии с гидравлическим расчетом при соблюдении условия предпочтения струйного отекания с полки, а не обтекания ее и стенки внешнего контура. Внешняя кромка полки 14 каждой верхней обечайки в горизонтальной проекции должна быть расположена в пределах межстеночного расстояния смежной нижней обечайки (для обеспечения попадания стекающей с козырька струи воды в нижерасположенную обечайку).

В варианте реализации упомянутое средство для каскадирования может быть выполнено в виде ярусно закрепленных на патрубке 11 горизонтальных дисков 15 так, что диаметр каждого верхнего диска выполнен меньше диаметра смежного нижнего диска (фиг.4). На верхней поверхности диска выполнен кольцевой бортик 16, диаметр внешней окружности D_b которого меньше диаметра окружности диска D_d на величину не менее высоты h_b бортика 16 (фиг.4). Верхняя рабочая поверхность этих дисков может быть выполнена, в качестве варианта исполнения, гладкой или рельефной (например, волнистой, порожистой (ступенчатой, уступчатой), что нами не иллюстрируется). Корпус 7 воздухоочистителя сообщен опускной трубой 17 с тангенциально установленным патрубком ввода 18. В общем корпусе с воздухоочистителем установлен шламоуплотнитель 19, с которым сообщены шламоприемные трубы 20 с насадками 21, имеющими приемные окна. В средней по высоте части корпуса 1 установлена горизонтальная перегородка с отверстиями 22, а в верхней части - распределительная решетка 23. В приповерхностном слое воды в корпусе 1 осветлителя установлен сборный кольцевой желоб 24, снабженный выводным патрубком 25 обработанной воды.

Осветлитель работает следующим образом.

Исходная вода, подогретая до 30-40°С, с введенным (дозируемым) через патрубок 4 раствором коагулянта (технического железного купороса), подается по трубопроводу 3 в воздухоотделитель 7. Здесь вода освобождается от избытка воздуха и углекислоты, образующихся в результате нагрева, а также реакции коагулянта с содержащимися в воде бикарбонатами. Процесс газоотделения достаточно интенсивен благодаря тому, что восходящий поток воды, изливаясь из вертикального патрубка 8, многократно каскадируется в контакте с атмосферным воздухом при тонкослойном или пленочным многоступенчатом изливе с полок 14 вышерасположенных обечаек 13 в нижние. При выполнении средства для каскадирования в виде дисков с бортиками 16 обеспечивается тонкослойное растекание воды и каскадирование, при переливании последовательно через кромки патрубка 11, при обтекании бортиков 16 и при переливании через внешние кромки дисков 12 (фиг.4). Этим обеспечиваются процессы дегазации и декарбонизации воды. Вода, из которой практически полностью удалены нерастворенные газы, поступает по опускной трубе 17 через патрубок 18 в нижнюю часть корпуса 1 осветлителя и восходящим расширяющимся потоком последовательно проходит зоны контактной среды и осветления. Подаваемое через патрубок 5 известковое молоко (процесс известкования), а затем через патрубок 6 - флокулянт (ПАА) полиакриламид (рекомендуемый к введению, особенно в паводковый период), обеспечивают коагулирование коллоидных примесей, содержащихся в исходной воде, и частиц взвеси, выделяющихся при известковании воды, т.е. обеспечивают непрерывное образование в известкуемой воде осадка и шлама. Шлам поддерживается во взвешенном состоянии восходящим потоком воды и является контактной средой, располагающейся в контактной зоне осветлителя (фиг.1). Причем полнота протекания и оптимальные условия процесса формирования контактной среды обеспечены практически полным удалением избытков газообразных веществ из обрабатываемой воды. Это же обусловливает оптимальное протекание процесса химического взаимодействия реагентов с растворенными в воде веществами и выделение в виде хлопьев продуктов этого взаимодействия (шлама) на всем пути движения восходящего потока через зону контактной среды. Избытки шлама постоянно удаляются из воды в верхней части контактной зоны через шламоприемные окна в насадках 21 шлакоприемных труб 20 в шламоуплотнитель 19, откуда затем выводятся. Освободившаяся от шлама вода из зоны контактной среды поступает в зону осветления (фиг.1), где она полностью осветляется, сливается в сборный кольцевой желоб 24 и по трубопроводу 25 выводится из осветлителя. Попадание в зону осветления взвешенных шламов и хлопьев исключено по причине отсутствия ″транспортирующих″ газовых пузырьков в обрабатываемой воде.

Техническое решение было воплощено в осветлителе, выпускаемом отечественной промышленностью под маркой ВТИ-1000И путем модернизации его конструкции в соответствии с изобретением. Сравнительные данные по месяцам 2002 года (служебные непубликовавшиеся производственные данные ТЭЦ-12 ″Мосэнерго″) показателей воды (забор из р. Москва), обработанной аппаратами модернизированным осветлителем и осветлителем серийного выпуска, достоверно свидетельствуют (на основе статистически необходимого объема выборки) об уменьшении содержания взвешенных веществ в получаемой воде и об увеличении показателя эффективности очистки, обработанной модернизированным осветлителем. Данные приведены в таблице.

Таблица
	Серийный аппарат ВТИ-1000И	Модернизированный аппарат
Месяцы	Содержание (исходное) взвешенных веществ, мг/л	Содержание (полученное) взвешенных веществ, мг/л	Эффективность очистки, %	Содержание (полученное) взвешенных веществ, мг/л	Эффективность очистки, %
Январь	392,0	23,0	94,1	3,0	99,2
Февраль	361,0	12,0	96,6	4,0	98,9
Март	384,0	15,0	96,2	4,0	98,9
Апрель	400,0	26,0	93,5	8,0	98,0
Май	361,0	11,0	96,9	2,0	99,4
Июнь	277,0	10,0	96,3	3,0	98,9
Июль	313,0	4,0	98,6	3.0	99,0
Август	272,0	8,0	97,2	2,0	99,3
Сентябрь	305,0	11,0	96,5	3,0	99,0
Октябрь	323,0	9,0	97,2	3,5	98,9
Ноябрь	355,0	20,0	94,5	3,0	99,1
Декабрь	354,0	16,0	95,4	2,5	99,3

1. Осветлитель воды, включающий цилиндрический корпус, трубы подвода исходной воды, раствора коагулянта, реагента и флокулянта, воздухоотделитель, снабженный насадком с лучевидно установленными патрубками, имеющими обращенное вверх прямоугольное колено, снабженное конусным раструбом, шламоуплотнитель и кольцевой желоб с патрубком для отвода осветленной воды, отличающийся тем, что на конусном раструбе в воздухоотделителе дополнительно установлен с расположением над уровнем воды вертикальный цилиндрический патрубок, на боковой поверхности которого закреплено средство для каскадирования изливающейся воды, выполненное в виде горизонтального диска с обечайками, установленными на нем концентрично относительно упомянутого патрубка, причем высота каждой последующей обечайки, в порядке расположения от оси к периферии упомянутого диска, меньше высоты предыдущей обечайки, а на верхней кромке патрубка и обечаек выполнена наружная кольцевая горизонтальная полка.

2. Осветлитель воды, включающий цилиндрический корпус, трубы подвода исходной воды, раствора коагулянта, реагента и флокулянта, воздухоотделитель, снабженный насадком с лучевидно установленными патрубками, имеющими обращенное вверх прямоугольное колено, снабженное конусным раструбом, шламоуплотнитель и кольцевой желоб с патрубком для отвода осветленной воды, отличающийся тем, что на конусном раструбе в воздухоотделителе дополнительно установлен с расположением над уровнем воды вертикальный цилиндрический патрубок, на боковой поверхности которого закреплено средство для каскадирования изливающейся воды, выполненное в виде ярусно закрепленных на боковой поверхности вертикального цилиндрического патрубка горизонтальных дисков так, что диаметр каждого верхнего диска выполнен меньше диаметра смежного нижнего, а на верхней поверхности дисков выполнен кольцевой бортик, диаметр внешней окружности которого меньше диаметра окружности диска на величину не менее высоты упомянутого бортика.