Способ и установка для обработки воды

Изобретение относится к области очистки воды, технологических жидкостей, смазочно-охлаждающих жидкостей, моющих растворов от содержащихся в них взвешенных примесей и может быть использовано на станциях водоподготовки и промышленных производствах.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений является способ обработки воды (патент РФ 2475457. Способ и установка для обработки воды), включающий:

- осуществление непрерывного измерения исходной концентрации загрязнений в воде до ее поступления в обработку;

- непрерывное получение на основании указанного измерения количества коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количества балласта и флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции;

- введение загрязненной воды в зону коагуляции;

- подачу коагулянта в соответствии с заданным количеством;

- перемещение воды с коагулированными загрязнениями в зону флокуляции;

- подачу в зону флокуляции дисперсного балласта и флокулянта в заданном количестве для обеспечения формирования хлопьев;

- осуществление непрерывного измерения концентрации балласта в смеси, находящейся в зоне флокуляции;

- пополнение зоны флокуляции балластом, когда концентрация балласта, фактически находящегося в установке, ниже заданной концентрации балласта;

- перемещение смеси воды с хлопьями, сформированными на предыдущей стадии, в зону осаждения для осаждения хлопьев в полочном устройстве;

- отделение обработанной воды в верхней части зоны осаждения от смеси осадка и балласта, полученной в результате осаждения хлопьев;

- извлечение смеси осадка и балласта из нижней части зоны осаждения и направление этой смеси на гидроциклонное разделение осадка и балласта;

- рециркуляцию продукта, выходящего из нижнего слива на стадии гидроциклонного разделения, в зону флокуляции;

- перемещение осадка, выходящего из верхнего слива на стадии гидроциклонного разделения, в резервуар для хранения;

- осуществление непрерывного измерения остаточной концентрации загрязнений в воде после ее обработки,

принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится следующее.

Во-первых, в известном способе обработки воды при определении необходимого количества коагулянта по результатам непрерывного измерения исходной концентрации загрязнений в воде до ее поступления в обработку не учитывается следующее. В случае, когда исходная концентрация загрязнений в воде будет меньше заданной, экспериментально определяемой величины, процесс коагуляции загрязнений будет проходить замедленно, так как уменьшится количество соударений между мицеллами (частицами загрязнений, содержащих двойной заряженный слой). В свою очередь, уменьшение количества соударений снизит вероятность коагулирования (слипания мицелл вследствие нейтрализации двойного электрического слоя на их поверхности). В итоге замедление процесса коагуляции приведет к тому, что в воде будет оставаться большое количество исходных взвешенных примесей, поэтому эффективность процесса очистки воды от взвешенных примесей останется невысокой.

Во-вторых, определение необходимого количества коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количества флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции, только по результатам измерения исходной концентрации загрязнений в воде до ее поступления в обработку приводит к тому, что под действием внешних факторов (изменение температуры очищаемой воды на разных стадиях ее обработки, неточная работа дозаторов коагулянта и флокулянта и т.п.) фактическое количество данных реагентов, необходимых для обеспечения заданного качества очистки воды, будет отличаться от расчетного. В результате этого после процесса обработки качество очищенной воды не будет соответствовать заданному, а значит, процесс очистки воды будет неэффективным.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является установка для обработки воды (там же, патент РФ 2475457), содержащая:

- резервуар, снабженный смесителем для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;

- флокуляционный резервуар, снабженный мешалкой;

- полочный резервуар-отстойник, содержащий сифонную перегородку, устройство для соскребания осадка и выходной канал для обработанной воды;

- гидроциклон;

- резервуар для хранения осадка, выходящего из верхнего слива гидроциклона;

- трубопровод, соединяющий нижнюю часть резервуара-отстойника с гидроциклоном;

- трубопровод, соединяющий верхний слив гидроциклона с резервуаром для хранения осадка;

- трубопровод для рециркуляции осадка из резервуара для хранения;

- автоматическое устройство дозированной подачи коагулянта;

- автоматическое устройство пополнения балласта;

- автоматическое устройство дозированной подачи флокулянта;

- первый датчик, предназначенный для непрерывного измерения концентрации загрязнений в воде, поступающей в установку;

- второй датчик, установленный во флокуляционном резервуаре и осуществляющий непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, проходящей через указанный резервуар;

- третий датчик, предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке;

- вычислительное устройство, соединенное с автоматическими устройствами для дозированной подачи коагулянта, балласта и флокулянта и обеспечивающее непрерывное определение по измерениям, сделанным первым и вторым датчиками, количества коагулянта, балласта и флокулянта, которое необходимо ввести в соответствующие резервуары,

принятая за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится следующее.

Во-первых, в известном устройстве отсутствует возможность регулирования исходной концентрации загрязнений в воде, поступающей в обработку. Это связано с тем, что трубопровод для рециркуляции осадка из резервуара для хранения не соединен с резервуаром для смешивания воды с коагулянтом. Поэтому в том случае, когда исходная концентрация загрязнений будет меньше заданной, экспериментально определяемой величины, процесс коагуляции загрязнений будет проходить замедленно, что приведет к снижению эффективности процесса очистки воды от взвешенных загрязнений.

Во-вторых, в известном устройстве третий датчик, предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке, используют только для фиксации фактически достигнутых в процессе очистки параметров качества воды (например, остаточной концентрации загрязнений). Если же достигнутые параметры качества воды не соответствуют заданным, то изменить настройки в работе установки для очистки воды в известном устройстве невозможно, так как третий датчик не связан с вычислительным устройством, управляющим работой установки. В результате чего эффективность очистки воды в известной установке будет невысокой.

В-третьих, в известном устройстве отсутствуют датчики для измерения электропроводности воды до и после очистки. Это приводит к неточному определению необходимого количества коагулянта, а, значит, к уменьшению эффективности очистки воды.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности процесса очистки воды от взвешенных примесей.

Поставленная задача решается предлагаемой группой изобретений.

Заявляется:

Способ обработки воды, включающий:

- непрерывное измерение исходной концентрации загрязнений в воде до ее поступления в обработку;

- непрерывное получение на основании указанного измерения количества коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количества балласта и флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции;

- введение загрязненной воды в зону коагуляции;

- подачу коагулянта в соответствии с заданным количеством;

- перемещение воды с коагулированными загрязнениями в зону флокуляции;

- подачу в зону флокуляции балласта и флокулянта в заданном количестве для обеспечения формирования хлопьев;

- осуществление непрерывного измерения концентрации балласта в смеси, находящейся в зоне флокуляции;

- пополнение зоны флокуляции балластом, когда концентрация балласта, фактически находящегося в установке, ниже заданной концентрации балласта;

- перемещение смеси воды с хлопьями, сформированными на предыдущей стадии, в зону осаждения для осаждения хлопьев в полочном устройстве;

- отделение обработанной воды в верхней части зоны осаждения от смеси осадка и балласта, полученной в результате осаждения хлопьев;

- извлечение смеси осадка и балласта из нижней части зоны осаждения и направление этой смеси на гидроциклонное разделение осадка и балласта;

- рециркуляцию продукта, выходящего из нижнего слива на стадии гидроциклонного разделения, в зону флокуляции;

- перемещение осадка, выходящего из верхнего слива на стадии гидроциклонного разделения, в резервуар для хранения;

- осуществление непрерывного измерения остаточной концентрации загрязнений в воде после ее обработки.

В отличие от прототипа:

- осуществляют рециркуляцию осадка из резервуара для хранения в зону коагуляции, если исходная концентрация загрязнений в воде до ее поступления в обработку ниже заданной величины;

- по результатам непрерывного измерения остаточной концентрации загрязнений в воде после ее обработки изменяют количество коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количество флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции, если остаточная концентрация загрязнений в воде после ее обработки выше заданной величины;

- по результатам периодического измерения разницы электропроводности воды до и после ее очистки изменяют количество коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, если значение электропроводности воды после ее обработки ниже заданной величины.

Также заявляется:

Установка для обработки воды, включающая:

- резервуар, снабженный смесителем для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;

- флокуляционный резервуар, снабженный мешалкой;

- полочный резервуар-отстойник, содержащий сифонную перегородку, устройство для соскребания осадка и выходной канал для обработанной воды;

- гидроциклон;

- резервуар для хранения осадка, выходящего из верхнего слива гидроциклона;

- трубопровод, соединяющий нижнюю часть резервуара-отстойника с гидроциклоном;

- трубопровод, соединяющий верхний слив гидроциклона с резервуаром для хранения осадка;

- трубопровод для рециркуляции осадка из резервуара для хранения;

- автоматическое устройство дозированной подачи коагулянта;

- автоматическое устройство пополнения балласта;

- автоматическое устройство дозированной подачи флокулянта;

- первый датчик, предназначенный для непрерывного измерения концентрации загрязнений в воде, поступающей в установку;

- второй датчик, установленный во флокуляционном резервуаре и осуществляющий непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, проходящей через указанный резервуар;

- третий датчик, предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке;

- вычислительное устройство, соединенное с автоматическими устройствами для дозированной подачи коагулянта, балласта и флокулянта и обеспечивающее непрерывное определение по измерениям, сделанным первым и вторым датчиками, количества коагулянта, балласта и флокулянта, которое необходимо ввести в соответствующие резервуары.

В отличие от прототипа установка содержит:

- трубопровод для рециркуляции осадка из резервуара для хранения соединен с резервуаром для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;

- третий датчик, предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке, соединен с вычислительным устройством;

- два датчика для периодического контроля электропроводности воды до и после ее обработки, которые соединены с вычислительным устройством.

Устройство, реализующее заявленный способ очистки воды от взвешенных примесей, представлено на фигуре.

Устройство включает:

- резервуар (1), снабженный смесителем (2) для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;

- флокуляционный резервуар (3), снабженный мешалкой (4);

- полочный резервуар-отстойник (5), содержащий сифонную перегородку (6), устройство для соскребания осадка (7) и выходной канал (8) для обработанной воды;

- гидроциклон (9);

- резервуар (10) для хранения осадка, выходящего из верхнего слива гидроциклона (9);

- трубопровод (11), соединяющий нижнюю часть резервуара-отстойника (5) с гидроциклоном (9);

- трубопровод (12), соединяющий верхний слив гидроциклона (9) с резервуаром (10) для хранения осадка;

- трубопровод (13) для рециркуляции осадка из резервуара для хранения (10), соединенный с резервуаром (1) для смешивания воды, подлежащей обработке, с коагулянтом;

- автоматическое устройство (14) дозированной подачи коагулянта;

- автоматическое устройство (15) пополнения балласта;

- автоматическое устройство (16) дозированной подачи флокулянта;

- первый датчик (17), предназначенный для непрерывного измерения концентрации загрязнений в воде, поступающей в установку;

- второй датчик (18), установленный во флокуляционном резервуаре и осуществляющий непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, проходящей через указанный резервуар;

- третий датчик (19), предназначенный для непрерывного измерения качества воды, обрабатываемой в установке;

- датчик (20), предназначенный для периодического контроля электропроводности воды до обработки;

- датчик (21), предназначенный для периодического контроля электропроводности воды после ее обработки;

- вычислительное устройство (22), соединенное с автоматическими устройствами (14), (15), (16) для дозированной подачи коагулянта, балласта и флокулянта и обеспечивающее непрерывное определение по измерениям, сделанным первым (17), вторым (18) и третьим (19) датчиками, количества коагулянта, балласта и флокулянта, которое необходимо ввести в соответствующие резервуары, а также изменение количества коагулянта по результатам периодического измерения электропроводности воды датчиками (20) и (21);

- насос (23) для перекачки смеси осадка и балласта из нижней части резервуара-отстойника (5) по трубопроводу (11) в гидроциклон (9).

Представленная установка позволяет осуществить способ обработки воды следующим образом.

Перед поступлением очищаемой воды в обработку датчиком 17 измеряют исходную концентрацию загрязнений. На основании результатов замера в вычислительном устройстве 22 определяют количество коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количество балласта и флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции.

Затем вводят загрязненную воду в резервуар 1. С помощью автоматического устройства 14 подают в резервуар 1 коагулянт в соответствии с заданным количеством и перемешивают смесителем 2.

Далее перемещают воду с коагулированными загрязнениями во флокуляционный резервуар 3, подают в него с помощью автоматических устройств 15 и 16 балласт и флокулянт в заданном количестве и перемешивают мешалкой 4 для формирования хлопьев.

С помощью датчика 18 осуществляют непрерывное измерение концентрации балласта в смеси, находящейся в зоне флокуляции. Если концентрация балласта, фактически находящегося в установке, ниже заданной концентрации балласта, то пополняют флокуляционный резервуар 3 балластом с помощью автоматического устройства 15.

Затем перемещают смесь воды с хлопьями, сформированными на стадии флокуляции, через сифонную перегородку 6 в полочный резервуар-отстойник 5 для осаждения хлопьев на его полках и дне.

Далее выводят очищенную воду из установки через выходной канал 8, расположенный в верхней части резервуара-отстойника 5.

В процессе осаждения загрязнений устройством 7 соскребают смесь осадка и балласта в нижнюю часть резервуара-отстойника 5, периодически перекачивают эту смесь с помощью насоса 23 по трубопроводу 11 в гидроциклон 9 для разделения осадка и балласта.

После гидроциклонного разделения продукт (вторичный балласт), выходящий из нижнего слива гидроциклона 9, направляют во флокуляционный резервуар 3, а осадок, выходящий из верхнего слива гидроциклона 9 перемещают по трубопроводу 12 в резервуар для хранения 10.

Если исходная концентрация загрязнений в воде, измеренная датчиком 17 до ее поступления в обработку, ниже заданной величины, то для восстановления заданного уровня концентрации загрязнений по трубопроводу 13 осуществляют рециркуляцию осадка из резервуара для хранения 10 в зону коагуляции 1. Поддержание уровня исходной концентрации загрязнений позволяет стабилизировать процесс коагуляции, а значит, повысить эффективность очистки воды.

В процессе очистки воды датчиком 19 непрерывно измеряют остаточную концентрацию загрязнений в воде после ее обработки. Если остаточная концентрация загрязнений в воде после ее обработки выше заданной величины, то по результатам замера вычислительное устройство 22 изменяет количество коагулянта, которое необходимо подать в зону коагуляции, а также количество флокулянта, которое необходимо подать в зону флокуляции, таким образом, чтобы обеспечить заданное качество очищаемой воды. В результате этого эффективность очистки воды повышается.

Также в процессе очистки воды датчиками (20) и (21) периодически измеряют электропроводность воды до и после ее очистки. Если значение электропроводности воды после ее обработки стало ниже заданной величины, то это свидетельствует об избыточном количестве коагулянта, поступившего в зону коагуляции 1. Вычислительное устройство 22 по результатам периодических измерений датчиками (20) и (21) рассчитывает, насколько нужно изменить количество подаваемого коагулянта для его рационального использования. В результате этого эффективность очистки воды повышается.