Способ очистки стоков и суспензий

Изобретение может быть использовано для очистки органических и минеральных растворов и суспензий в горнодобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве. Для осуществления способа стоки и суспензии подводят в барботажную камеру по трубам с последующим перемешиванием, при этом коагулянт подают самотеком за счет сильного перепада давления в образованное сужение подводящей стоки трубы. В месте сужения трубы за счет резкого падения давления происходит турбулентное смешение стоков и коагулянта. Образующиеся крупные агломерации частиц загрязняющих веществ выпадают в осадок на задерживающем профиле в барботажной камере. Способ обеспечивает повышение эффективности очистки стоков от крупнодисперсных и мелкодисперсных частиц, сокращение энергетических затрат и затрат на дополнительное оборудование. 1 ил.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для обезвоживания органических и минеральных растворов, суспензий в горнодобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве.

Простейшим способом для очистки стоков является пруд-накопитель. В нем используется как гравитационное осаждение частиц в донные осадки, так и биологическая очистка [Очистка сточных вод в естественных условиях. Сайт vod-v-estestvennykak-usloviaykh]. Частицы осаждаются под действием силы тяжести P=mg. Противоположно силе тяжести направлена выталкивающая сила Архимеда: F=ρ₂Vg, где ρ₂ - плотность воды и сила Стокса: F=6πηRυ, где η - динамическая вязкость жидкости, R - радиус сферического объекта, υ - скорость частицы, V - объем погруженного тела. Здесь $$m={\rho }_{1}V={\rho }_1\frac{4}{3}\pi R^3$$ - масса частицы объема V, плотностью ρ₁, υ - скорость осаждения частицы.

Скорость осаждения частицы описывается дифференциальным уравнением:

Решение уравнения:

Где $${\upsilon }_0=\frac{g}{b}$$ - скорость равномерного падения,

$$b=\frac{9\eta }{2R^2\left(1-\frac{{\rho }_2}{{\rho }_1}\right)}$$ - характеристический параметр.

Для частицы свинца, ρ₂=11300 кг/м³, ρ₁=1000 кг/м3, R=10^-6 м=1 мкм, η=10^-3 Па с, т.е. b=5*10⁹, т.е. частица падает равномерно со скоростью $${\upsilon }_0=\frac{10}{5\ast {10}^9}=2*{10}^{-9}м/с$$

Время осаждения на глубину h=1 метр $$t_0=\frac{h}{{\upsilon }_0}=\frac{{10}^9}{2}=5\ast {10}^8$$ секунд очень велико, т.е. очистка от мелкодисперсных частиц не проходит.

Недостаток: стоки очищаются только от частиц с радиусами большими 20 мкм.

Известна технология Вентури, позволяющая измерять расход жидкостей и смешивать химические концентраты с растворителями. В основе данной технологии лежит вакуум, создаваемый различной скоростью потока в трубке Вентури, имеющей форму перевернутой воронки с плавным изменением сечения [ГОСТ 8.986.4-2005. Измерение расходов жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 4-трубы Вентури. М.: Стандартинформ, 2006 г.]. Также устройства производятся фирмой Hydronva Europe (Англия). Способ смешивания веществ Вентури принят в качестве прототипа.

Технология Вентури эффективно используется при смешивании растворов, но не может быть использована для очистки стоков и суспензий по следующей причине. За счет перепада давлений происходит смешивание химического реагента с растворителем, что необходимо для различных химических процессов. При этом не происходит турбулентного барботажа в трубке Вентури. Возможна очистка только от крупнодисперсных частиц, которые можно отфильтровать более простым способом, например, сеткой.

Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ - повышение эффективности очистки стоков и суспензий за счет удаления всех частиц, в том числе и мелкодисперсных.

Технический результат достигается за счет резкого сужения трубы для подачи неочищенных стоков в камере барботажа, куда самотеком подается коагулянт, и реализуется турбулентное смешение стоков и коагулянта, в результате чего происходит коагуляция всех частиц, в том числе и мелкодисперсных. Они выпадают в осадок на задерживающем профиле в барботажной камере.

Пример реализации предлагаемого способа показан на чертеже, на котором изображена схема устройства для его осуществления. Неочищенные стоки подаются через трубу 1, которая заканчивается резким сужением в области 2 барботажной камеры 5. В области сужения происходит резкое падение давления, за счет чего через трубу 3 самотеком подается коагулянт. В этой области происходит слипание частиц загрязняющего вещества в крупные агломерации. Осаждение агломераций происходит на профиле 4, после которого очищенная жидкость отводится по трубе 6.

Турбулентное смешение в предлагаемом способе осуществляется следующим образом. Неочищенные стоки подаются по подводящей трубе 1 сечением S₁ под давлением в одну атмосферу P₁ со скоростью υ₁. В барботажной камере за счет сужения трубы до сечения S₂ скорость увеличивается до величины υ₂=(S₁/S₂)/υ₁. Давление в месте сужения трубы P=0,5ρ(υ₁ ²-υ₂ ²)+P₁=0,5ρυ₁ ²(1-(S₁/S₂)²+P₁).

При плотности загрязняющих частиц ρ=1050 кг/м³ и уменьшении сечения S₂ в три раза относительно входного S₁ давление в сужении падает до 0,24 ат, и будет реализовываться самотек коагулянта в барботажную камеру 5. В камере барботажа происходит коагуляция частиц загрязняющих веществ, которые затем осаждаются на переменном профиле 4. Скорость осаждения частиц определяется выражением (3). Очищенные стоки удаляются через трубу 6.

Отличия и особенности технологического процесса заключаются в том, что подача коагулянта осуществляется без энергетических затрат, без затрат на дополнительное оборудование (компрессор), а только лишь за счет разницы давления при сужении участка подводящей трубы, что приводит при турбулентном смешивании неочищенных стоков к увеличению поверхности контакта стоков и коагулянта. Увеличение поверхности контакта стоков и коагулянта позволяет быстрее получить крупные агломерации загрязняющих веществ, которые выпадают в осадок.

Коагулированные крупнодисперсные частицы подвергаются дальнейшей химической обработке для извлечения полезных компонентов.

Способ очистки стоков и суспензий путем подведения их в барботажную камеру по трубам с последующим перемешиванием, отличающийся тем, что коагулянт подают в образованное сужение подводящей стоки трубы самотеком и за счет резкого падения давления в месте сужения трубы происходит турбулентное смешение стоков и коагулянта, и образующиеся крупные агломерации частиц загрязняющих веществ выпадают в осадок на задерживающем профиле в барботажной камере.