Гідроциклонний апарат для пом’якшення стічних вод та їх очистки від твердих домішок

Реферат: Винахід стосується апаратів, які використовуються для очищення промислових стічних вод, а саме для пом'якшення стічних вод різного хімічного складу. Наприклад, з гідратною та гідрокарбонатною лужністю при їх змішуванні та очистки від твердих домішок - нерозчинних кристалів солей, які утворюються, і твердих мінеральних завислих частинок. Відповідно до винаходу гідроциклонний апарат для пом'якшення стічних вод та їх очистки від твердих домішок містить циклонні камери з циліндричним корпусом, що оснащений тангенціальними впусками і випусками, трубопровід для відведення очищеної води, пристрій для відведення твердих домішок, запірну арматуру та регулятор тиску, який відрізняється тим, що апарат обладнаний щонайменше чотирма циклонними камерами, циліндричні корпуси яких, окрім першої камери за рухом води, виконані зі співвідношенням довжини корпусу до його діаметра від 7,5:1 до 10:1. Перша за рухом води камера обладнана декількома тангенціальними і діаметральними впусками та випуском, розташованим у центрі її циліндричної поверхні по довжині і діаметру, впуски першої камери рознесені по довжині і діаметру її циліндричної поверхні з можливістю забезпечення подовжнього турбулентного руху води з протитечією у напрямку до одного випуску та обладнані регуляторами тиску і запірною арматурою. Співвідношення діаметра впусків в першій камері до діаметра впусків в інших камерах складає від 2:1 до 3:1, корпуси камер, окрім останніх двох, виконані цілісними, а корпуси останніх двох камер мають повздовжній щілинний отвір, який розташований в нижній їх частині та оснащений переходом до пристрою для відведення твердих домішок, який має запірну арматуру. UA 114048 C2 (12) UA 114048 C2 UA 114048 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується апаратів, які використовуються для очищення промислових стічних вод, а саме для пом'якшення стічних вод різного хімічного складу. Наприклад, з гідратною та гідрокарбонатною лужністю при їх змішуванні та очистки від твердих домішок - нерозчинних кристалів солей, які утворюються, і твердих мінеральних завислих частинок. Відомі гідроциклони, які мають конічну та циліндричну складові частини, зливну, впускну та шламову насадки. Обертання рідини в таких циклонах викликано впуском рідини через тангенціальний патрубок, який знаходиться зверху циліндричної частини. Конічна частина циклона закінчується шламовою насадкою, через яку відводиться виділений із суспензії осад, висвітлена рідина відводиться через зливний патрубок, який знаходиться по осі циклона на його верхній кришці [1]. Недоліком таких апаратів є те, що вони не забезпечують повного використання енергії відцентрового поля внаслідок недосконалого гідравлічного режиму, який формується впускним пристроєм та геометрією корпусу гідроциклона. Відомий гідроциклон для очистки стічних вод від завислих часток. Він складається з циліндро-конічного корпусу, внутрішнього циліндра з конічною основою та має щит, який затримує масло та засоби для підводу та відводу рідини [2]. Очищення води в ньому відбувається внаслідок дії відцентрової сили, яка відхиляє важкі завислі частки до периферії корпусу. При цьому більш забруднена частина води підіймається угору до роздільної кромки та потрапляє в нижню конусну частину корпусу і далі відводиться з гідроциклона. Недоліком гідроциклона є низька ефективність виділення завислих часток, внаслідок того, що завислі великі частки повинні підійматися угору в напрямку протилежному дії сили ваги. Значний рівень турбулентності вихрової течії у внутрішньому циліндрі призводить до потрапляння завислих часток в потік води, який відводиться з апарату. Також недоліком є ускладнення конструкції. Найбільш близьким до винаходу є гідроциклонний апарат для очистки води від важких домішок - прототип [3]. Він складається з чотирьох циклонних камер, які заглушені, і які розташовані горизонтально, тангенціальних впусків на початку та тангенціальних випусків в кінці кожного корпусу, які підтримують тільки круговий та подовжній рух рідини в одному напрямку без протитечії, крім того, в самій нижній частині корпусів знаходиться подовжній щілинний отвір, а кількість циклонних камер можна приймати 4,5,7,9 і так далі шляхом фланцевого з'єднання їх корпусів тангенціальними впусками та випусками. Недоліком гідроциклонного апарата є: наявність у всіх циліндричних корпусів тільки тангенціальних впусків, які розташовані на початку та тангенціальних випусків в кінці кожного корпусу; наявність в самій нижній частині усіх корпусів подовжнього щілинного отвору. Таке виконання конструкції по-перше: унеможливлює ефективне перемішування в циклонах стічних вод різного хімічного складу і які мають частинки різної крупності, наприклад, легких дрібнодисперсних, середньодисперсних і важких-крупних. По-друге конструкція забезпечує видалення твердих важких (крупних) та частини середньодисперсних частинок домішок через подовжній щілинний отвір з корпусів, що починається з першої циклонної камери. Це знижує ефект очищення води за рахунок зменшення кількості частинок, які приймають участь у градієнтній коагуляції. При цьому від першої до останньої циклонної камери частка ефекту очищення води за рахунок градієнтної коагуляції зменшується практично до нуля. В основу винаходу, що заявляється, поставлено задачу підвищення ефективності очистки стічних вод різного хімічного складу від солей тимчасової лужності (пом'якшення води), деактивація утворених кристалів карбонату кальцію, а також очистка від завислих частинок (дрібно- та середньодисперсних) із зниженням капітальних та експлуатаційних витрат на одиницю об'єму очищеної води, в результаті усунення недоліків прототипу. Поставлена задача вирішується тим, що гідроциклонний апарат для пом'якшення стічних вод та їх очистки від твердих домішок, що містить циклонні камери з циліндричним корпусом, що оснащений тангенціальними впусками і випусками, трубопровід для відведення очищеної води, пристрій для відведення твердих домішок, запірну арматуру та регулятор тиску, згідно з винаходом, обладнаний щонайменше чотирма циклонними камерами, циліндричні корпуси яких, окрім першої камери за рухом води, виконані зі співвідношенням довжини (L) корпусу до його діаметра (D) від 7,5:1 до 10:1 (L:D=(7,5-10):1), перша за рухом води камера обладнана декількома тангенціальними і діаметральними впусками однакового діаметра (d1) та випуском, розташованим у центрі її циліндричної поверхні по довжині і діаметру, впуски першої камери рознесені по довжині і діаметру її циліндричної поверхні з можливістю забезпечення подовжнього турбулентного руху води з протитоком у напрямку до одного випуску та обладнані регуляторами тиску і запірною арматурою, при цьому співвідношення діаметра (d1) впусків в першій камері до діаметра (d2) впусків в інших камерах складає від 2:1 до 3:1 (d1:d2= (2-3): 1), 1 UA 114048 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 корпуси камер, окрім останніх двох, виконані цілісними, а корпуси останніх двох камер мають повздовжній щілинний отвір, який розташований в нижній їх частині та оснащений переходом до пристрою для відведення твердих домішок, який має запірну арматуру. Таке виконання дозволяє при сумісному очищенні стічних вод різного хімічного складу, наприклад з гідрокарбонатною і гідратною лужністю забезпечити їх ефективне перемішування у першій циклонній камері за рахунок чого відбувається практично повна взаємодія об'ємів стічної води та формуються тверді кристали карбонату кальцію. Цей процес посилюється при наявності твердих частинок домішок (зависі) особливо дрібно- та середньодисперсних, які є центрами кристалізації. В наступних циклонних камерах відбувається деактивація (кристалізація) кристалів карбонату кальцію (зниження їх адгезійної спроможності спроможності до прилипання). При цьому відбувається укрупнення (коагуляція) домішок стічних вод до більш крупного розміру за рахунок одночасних процесів - градієнтної коагуляції твердих часток зависі та адгезії на них активних кристалів карбонату кальцію. В останніх 2-ох циклонних камерах відбувається більш ефективне видалення з корпусів через подовжній щілинний отвір більшої кількості ніж в прототипі крупних твердих частинок, які складаються, частково, з мінеральних домішок вихідних стічних вод і частково з деактивованих кристалів карбонату кальцію. На фіг. 1 зображено план гідроциклонного апарата (з 9-ма циклонними камерами); на фіг. 2 вигляд А; на фіг. 3 - перерізи по 1-1, 2-2, 3-3, 4-4; на фіг. 4 - план гідроциклонного апарата з 4-ма циклонними камерами; на фіг. 5 - план гідроциклонного апарата з 4-ма циклонними камерами; на фіг. 5 - вигляд Б; на фіг. 6 перерізи по 5-5, 6-6, 7-7, 8-8. Конструктивними елементами гідроциклонного апарата є впуски 1 однакового діаметра d1, які підводять стічні води на очистку і які оснащені регуляторами тиску 2 та запірною арматурою 3 (засувки або вентилі). Гідроциклонний апарат має циклонні камери з циліндричним корпусом 4 діаметром D і довжиною L з торцевими кришками 5. Кількість циклонних камер встановлюється в залежності від концентрації завислих речовин в -3 3 суміші вод, а саме не менше 9-ти циклонних камер при невеликій ((10)10 г/дм та менше) 3 концентрації і не менше 4-ох циклонних камер при великій (7,0 г/дм та більше) їх концентрації. Циліндричні корпуси 4 циклонів, окрім першого, виконуються у діапазоні співвідношень довжини корпусу (L) до його діаметра (D), як L:D= (7,5-10):1. Стічні води до першої з циклонних камер підводяться впусками 1, які приєднані до циліндричного корпуса 4 діаметрально та тангенціально і які рознесені по його діаметру і довжині. Випуск 6 з першої циклонної камери діаметром d2 розташований у центрі по його довжині та впродовж його діаметра і є впуском 6 у другу циклонну камеру. До другої циклонної камери випуск 6 приєднаний тангенціально з однієї торцевої сторони корпусу 4. Співвідношення діаметрів впусків (d1) першого та (d2) усіх інших циклонних камер знаходиться в діапазоні d1:d2=(2-3):1. Випуск 6 води з другої циклонної камери виконаний тангенціально і розташований з другої торцевої сторони циліндричного корпусу 4 і так далі до останньої циклонної камери, як вказано на фіг.1. Циліндричні корпуси 4 циклонних камер розташовані рядом, паралельно одна з одною. Впуски 6 від другої до останньої циклонних камер оснащені відводами 7 з запірною арматурою 8. Впуски 1 та 6 попередніх циклонних камер з'єднані з відводами 7 з запірною арматурою 8 подальших циліндричних корпусів 4 за допомогою або металевих труб або гумових рукавів високого тиску (на рисунку не показано). Очищена вода відводиться з циліндричного корпусу 4 останньої циклонної камери гідроциклонного апарата через тангенціальний випуск 6 та трубопровід 9, який оснащений запірною арматурою 10. Усі циліндричні корпуси 4 циклонних камер, окрім останніх двох виконано цілісними. Циліндричні корпуси 4 останніх двох циклонних камер мають повздовжній щілинний отвір 11, який розташований в нижній їх частині та оснащений переходом 12 до пристрою 13 для відведення твердих домішок. Пристрій 13 для відведення твердих домішок виконано з двох частин: верхня частина - у вигляді циліндра 14 діаметром D1; нижня частина - перевернута піраміда 15 з прямокутною основою, вершина якої оснащена патрубком 16 з запірною арматурою 17 для відведення ущільненого твердого осаду з гідроциклона. Верхня (циліндрична 14) частина пристрою 13 для відведення твердих домішок має прямокутний отвір у своїй нижній частині розміром таким ж самим, як і основа піраміди. Співвідношення діаметрів циліндра 14 пристрою 13 для відведення твердих домішок D1 та корпусу 4 циклонної камери D знаходиться в діапазоні D1:D=(2,5-3):1. Гідроциклонний апарат для пом'якшення стічних вод та їх очистки від твердих домішок працює наступним чином. 2 UA 114048 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Стічні води різного хімічного складу, наприклад, з гідратною та гідрокарбонатною лужністю та забруднена твердими дрібно-, середньодиспергованими завислими частинками та крупними мінеральними домішками по декількох діаметральних та тангенціальних впусках 1 однакового діаметра d1, які оснащені регуляторами тиску 2 та запірною арматурою 3 (засувки або вентилі в залежності від витрати стічних вод і діаметрів впусків 1, відповідно) підводяться на очистку до циліндричного корпусу 4 першої циклонної камери (циклон-змішувач). Впуски рознесені по діаметру першого циклона і його довжині, але на відстані від випуску, який розташований у центрі по його довжині та впродовж його діаметра. При цьому відбувається ефективне змішування усього об'єму стічних вод за рахунок подовжнього турбулентного руху води з протитечією в напрямку випуску. Висока ефективність процесу змішування забезпечується наявністю регуляторів тиску 2 і запірної арматури 3, які, за рахунок можливості перерозподілу стічних вод із різним хімічним складом по довжині і об'єму першої камери, дозволяють враховувати можливі коливання витрат стічних вод, концентрації забруднень та оперативно коригувати розподіл води по циклонній камері для забезпечення ефективного змішування. Одночасно в першій камері в результаті перемішування та взаємодії іонів кальцію та розчинної у воді вуглекислоти з розчину відбувається утворення твердих кристалів карбонату кальцію у всьому об'ємі камери. Прискорений перехід іонів кальцію із розчинної форми в тверду (карбонат кальцію) та зріст розмірів кристалів карбонату кальцію інтенсифікується наявністю великої кількості центрів кристалізації у вигляді завислих твердих частинок забруднень, особливо дрібно- та середньодиспергованих, та вже сформованих кристалів. Інтенсивний перехід іонів кальцію із розчинної форми в тверду у вигляді твердих кристалів карбонату кальцію забезпечує ефективне пом'якшення суміші стічних вод, тобто зниження тимчасової жорсткості стічних вод. Таким чином попередньо оброблені стічні води з першої циклонної камери через випуск 6 розташований у центрі по її довжині та впродовж його діаметру потрапляють у другу циклонну камеру (циклон-кристалізатор). Вхід води у другу камеру відбувається тангенціально з одного її кінця, а вихід тангенціально з іншого кінця і так до останньої камери. Внаслідок тангенціального впуску потік рідини закручується, тобто придбає обертальний рух в плані та гвинтоподібний вздовж осі симетрії циліндричного корпусу циклонні камери. В другій і наступних камерах (циклонах-кристалізаторах) до останньої відбувається процес деактивації утворених кристалів карбонату кальцію за рахунок взаємоадгезії (прилипання) активних кристалів та в основному до дрібноти середньодиспергованих частинок зависі і щонайменше до крупних твердих частинок. Таким чином відбувається процес як хімічної коагуляції (укрупнення) - за рахунок адгезії активних кристалів, так і градієнтної коагуляції твердих частинок - за рахунок відцентрової сили при обертанні. Під дією відцентрової сили до внутрішньої поверхні камери відкидаються тверді домішки. Цей процес повторюється зі зростаючим ефектом з другої до останньої камери. Цей процес можна інтенсифікувати тим, що частина (10-20 %) від витрати води (при необхідності - для досягнення необхідного ступеня пом'якшення води та деактивації утворених кристалів карбонату кальцію) повертається через відводи 7 з запірною арматурою 8 з наступних циклонних камер до впусків 1 та 6 попередніх циклонних камер. Таким чином за рахунок рециркуляції частини витрати води і збільшення кількості центрів кристалізації можливо, при необхідності, регулювати - посилювати ефективність пом'якшення води, деактивації кристалів карбонату кальцію та хімічної і градієнтної коагуляції частинок, тобто збільшити відсоток більш крупних частинок і, таким чином, поліпшити також освітлення води при їх відцентровому видаленню з гідроциклонного апарата. Вода пом'якшена та освітлена в гідроциклонному апараті видаляється з останньої циклонної камери через тангенціальний випуск 6 та трубопровід 9, який оснащено запірною арматурою 10 та відводиться для подальшого використання у виробництві. Осад з гідроциклонного апарата видаляється наступним чином. В останніх двох циклонних камерах (циклони кристалізатори-освітлювачі) за рахунок відцентрових сил та під дією сили тяжіння коагульовані тверді частинки відводяться через щілинний отвір 11, який розташований в нижній їх частині, та перехід 12 до пристрою 13 для відведення твердих домішок. Пристроєм 13 для відведення твердих домішок оснащено як передостання, так і остання циклонні камери. Спочатку тверді частинку з передостанньої, а потім з останньої циклонних камер потрапляють до верхньої частини пристрою 13 - циліндру 14 діаметром D1; який відіграє роль накопичувача осаду. Потім осад потрапляє в нижню частину - яка виконана у виді перевернутої піраміди 15 з прямокутною основою, де відбувається ущільнення осаду. Потім ущільнений осад періодично, наприклад, 1 раз на 0,5-2 доби в залежності від вихідних концентрацій твердих завислих речовин та лужності видаляється з пристрою 13 через патрубок 16 шляхом відкриття запірної 3 UA 114048 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 арматури 17 під дією залишкового тиску води в гідроциклоні. При цьому запірна арматура 10 частково або повністю перекрита. Ущільнений осад, який складається з мінеральних твердих частинок забруднень та карбонату кальцію може транспортуватися під дією залишкового тиску до установок зневоднення осаду і подальшої утилізації, наприклад в аглодоменному виробництві. Запропонований гідроциклонний апарат в порівнянні з прототипом, має наступні переваги. Наявність 9-ти або 4-ох робочих циклонних камер - при концентрації завислих речовин в -3 3 3 суміші вод - (10)10 г/дм та менше або 7,0 г/дм та більше, відповідно, дозволяє забезпечити ефективне пом'якшення води незалежно від концентрації завислих речовин в вихідній стічній воді. При цьому забезпечується можливість використання апарата: по-перше - в умовно чистих оборотних циклах для цілей пом'якшення води, де концентрація завислих речовин мала і на практиці знаходиться в діапазоні 10-30 мг/л; по-друге - в умовно забруднених оборотних циклах для цілей, як пом'якшення води, так і освітлення стічних вод від завісі, концентрація якої коливається у широких межах - 1000-10000 мг/л, а можливі і більші пікові концентрації. Корпуси циклонів, окрім першого, виконуються у діапазоні співвідношень довжини корпусу (L) до його діаметра (D) L:D=(7,5-10):1 має ту перевагу, що забезпечує найбільш ефективний гідравлічний подовжній рух рідини в одному напрямку без протитечії у всіх наступних циклонних камерах, окрім першої. При цьому забезпечується стабілізація води за рахунок деактивації утворених кристалів карбонату кальцію внаслідок їх взаємної адгезії (прилипанню) та адгезії на частинках завісі. Одночасно більш ефективно відбувається процес коагуляції (укрупнення) твердих частинок - за рахунок відцентрової сили при обертанні. Корпус тільки першого циклона оснащений декількома діаметральними та тангенціальними однакового діаметра (d1) впусками води, які рознесені по діаметру першого циклона і його довжині. Це дозволяє реалізувати в ньому подовжній турбулентний рух рідини в напрямку випуску з протитечією. При цьому забезпечується ефективне перемішування всього об'єму стічних вод різного хімічного складу в межах корпусу першого циклона і таким чином виконується попередня обробка стічних, яка дозволяє здійснити інтенсивний перехід іонів кальцію із розчинної форми в тверду у вигляді твердих кристалів карбонату кальцію і таким чином забезпечує ефективне пом'якшення суміші стічних вод, тобто зниження тимчасової жорсткості стічних вод. Виконання впусків в перший циклон однакового діаметра (d1) та їх оснащення запірною арматурою та регуляторами тиску і забезпечують високу ефективність процесу змішування за рахунок можливості перерозподілу стічних вод із різним хімічним складом по довжині і об'єму першої камери, дозволяють автоматизувати процес змішування при можливих коливаннях витрат стічних вод, концентрації забруднень та оперативно коригувати розподіл води по циклонній камері. Виконання співвідношення діаметрів впусків (d1) першого та (d2) усіх інших циклонів - в діапазоні d1:d2=(2-3):1 забезпечує швидкість впуску води в перший циклон, орієнтовно, в 4-9 разів менше, ніж в усіх наступних циклонах. При цьому забезпечуються оптимальні умови змішування і пом'якшення (стабілізації) води - в першому циклоні і деактивації утворених кристалів карбонату кальцію з їх коагуляцією у всіх наступних циклонах. Влаштування випуску з першої циклонної камери у центрі його корпусу по довжині та впродовж діаметра найбільш ефективно забезпечує наявність руху рідини з протитечією від двох кінців циклонної камери до нього. При цьому реалізуються оптимальні умови турбулентного руху - перемішування води різного хімічного складу. Виконання корпусів усіх циклонних камер, окрім останніх двох, цілісними та наявність у корпусах останніх двох циклонних камер повздовжнього щілинного отвору, який розташований в нижній їх частині та оснащений переходом до пристрою для відведення твердих домішок, який має запірну арматуру дозволяє інтенсифікувати процес деактивації утворених в першому циклоні кристалів карбонату кальцію за рахунок взаємоадгезії активних кристалів та на частинках зависі з повторенням та посиленням цього процесу від другого до передостаннього циклонів. Крім того, одночасно посилюється процес як хімічної, так і градієнтної коагуляції активних кристалів і твердих частинок - за рахунок відцентрової сили при обертанні. Таким чином до мінімуму скорочується кількість активних кристалів карбонату кальцію, які при виході води з апарата можуть утворювати жорсткі сольові відкладення - з одного боку, з другого боку за рахунок ефективної коагуляції (укрупнення) більшої частини твердих частинок зростає ефективність освітлення води в останніх двох циклонах при їх видаленні через щілинний отвір. Виконання пристрою для відведення твердих домішок з двох частин: верхня частина - у вигляді циліндра; нижня частина - перевернута піраміда з прямокутною основою, вершина якої оснащена трубопроводом з запірною арматурою для відведення ущільненого осаду, дозволяє 4 UA 114048 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ефективно накопичувати - в верхній його частині (циліндрі), ущільнювати в нижній його частині (перевернута піраміда) вловлені тверді домішки та автоматизувати процес відведення ущільненого осаду на подальшу обробку та утилізацію. Наявність у циліндричній частині пристрою для відведення твердих домішок прямокутного отвору у своїй нижній частині, який має розміри такі ж самі як і основа піраміди дозволяє виключити можливість залипання осаду між частинами пристроюі таким чином підвищує надійність та працездатність апарата в цілому. Виконання діаметрів циліндра пристрою для відведення твердих домішок Di та циклонної камери D у співвідношенні в діапазоні D1:D=(2,5-3):1 дозволяє виконати умови проектування щодо об'єму зони накопичення, яка повинна дорівнювати об'єму осаду за дві доби накопичення. Це дозволяє поліпшити умови експлуатації апарата та автоматизувати процес відведення ущільненого осаду на подальшу підготовку до утилізації. Таким чином запропоноване виконання гідроциклонного апарата для пом'якшення стічних вод та їх очистки від твердих домішок дозволяє покращити технологічні та експлуатаційні показники роботи апарату, а саме: підвищити ефект пом'якшення води та запобігання утворення твердих сольових відкладень і, крім того, очищення стічних вод від зависі. Технологічні випробування гідроциклонного апарата за винаходом і прототипом проводили в промислових умовах на стічній воді з гідрокарбонатною лужністю локомотивного депо (ділянка миття деталей тепловозів, колісних пар; миття підлоги; стоки котельної і пральні) при витратах 3 води: 4,5; 2,8; 1,8 м /год. При холостих випробуваннях очистка стічних вод (пом'якшення, відстоювання від зависі) відбувалася у вертикальних відстійниках з подачею в них вапняного молока при тривалості відстоювання - 35, 57, 87 хвилин та питомому гідравлічному навантаженні на відстійники - та 3 2 2,9, 1,8, 1,2 м /м год, відповідно. При цьому тривалість перемішування суміші в центральній камері відстійника перед відстоюванням складало, орієнтовно, 2,5-3,5 сек. В результативних випробуваннях перевірялася ефективність роботи апаратів за винаходом і прототипом при кількості апаратів 4, 5, 7, 9 одиниць при тих же витратах води (4,5; 2,8; 1,8 3 м /год.) в порівнянні з відстоюванням. При цьому швидкість впуску води, починаючи з другого по останній циклони в апараті за винаходом складала 2,55; 1,59; 1,02 м/с, відповідно. Результати по залишковій лужності та карбонатних відкладеннях в очищеній воді в "холостих" та "результативних" експериментах за винаходом і прототипом наведені в таблицях 1-6. В таблиці 7 наведено ефективні параметри роботи гідроциклонного апарата за винаходом. В таблиці 8 наведено результати освітлення води від завислих речовин за винаходом і прототипом. Як корпуси циклонних камер за винаходом і прототипом застосовувалися: в досліді № І за винаходом та прототипом - труби діаметром (D) - 150 мм та довжиною (L) 1500 мм, зі співвідношення L:D-10:1. За винаходом впуски в першу циклонну камеру діаметром (d1) - 50 мм та впусками в усі інші циклонні камери діаметром (d2) - 25 мм, співвідношення d1:d22:1. За прототипом впуски в усі циклонні камери однакові діаметром (d1) - 50 мм. в досліді № II за винаходом та прототипом - труби діаметром (D) - 200 мм та довжиною (L) 1500 мм, з співвідношення L:D-7,5:1. За винаходом впуски в першу циклонну камеру діаметром (d1) - 75 мм та впусками в усі інші циклонні камери діаметром (d2) - 25 мм, співвідношення d1:d23:1. За прототипом впуски в усі циклонні камери однакові діаметром (d1) - 75 мм. Стічну воду подавали у гідроциклонні апарати під тиском. У гідроциклонні апарати подавали водні розчини з гідратною Са(ОН)2 і гідрокарбонатною Са(НСО3)2 лужністю зі співвідношенням 1:1 по об'єму, де вони змішувалися. Вихідна суміш стічної води, яку подавали для очищення, містила: лужність (суміші) гідрокарбонатна: 2,5; 7,0; 20,0 мг-екв/л; температура води: 20; 30; 45 °C; 3 витрата води: 1,8; 2,8; 4,5 м /год. (швидкість впуску води: за винаходом - 1,02; 1,59; 2,55 м/с, відповідно; завислі речовини з концентрацією від 10,0 до 10000,0 мг/л з крупністю частинок (в масовому співвідношенні): 1,0 мкм300 мкм (30 %); нафтопродукти (мастила) з концентрацією 20,030,0 (середня - 25) мг/л; рівноважна лужність для кожного досліду розраховувалася відповідно методики [4.]. 5 UA 114048 C2 Таблиця 1 Залишкова лужність в очищеній воді після відстійників Витрата води, Q, м3/ч 4,5 4,5 4,5 2,8 2,8 2,8 1,8 1,8 1,8 Тривалість відстоювання, Тв, хв./ питоме гідравлічне навантаження, q, м3/м2ч 35/2,9 35/2,9 35/2,9 57/1,8 57/1,8 57/1,8 87/1,2 87/1,2 87/1,2 Вихідна лужність суміші, Л, мг-екв/л 20,0 7,0 2,5 20,0 7,0 2,5 20,0 7,0 2,5 Залишкова лужність (Л), мг-екв/л/ефективність пом'якшення води (Е), %/стабільність* Рівноважна Температура концентрація завислих речовин (С), мг/л лужність, мгводи, t, °C екв/л С=10 С=1000 С=5000 С=7000 С=10000 45 30 20 45 30 20 45 30 20 2,5 3,7 6,5 2,5 3.7 6,5 2,5 3,7 6.5 6,0/70/Н* 4,5/35/С 1,7/32/С 5,0/75/Н 3,9/44/С 1,6/36/С 3,7/85/Н 3,5/50/С 1,5/40/С 6,0/70/Н 4,5/35/С 1,7/32/С 5,0/75/Н 3,9/44/С 1,6/36/С 3,7/85/Н 3,5/50/С 1,5/40/С 5,6/72/Н 4,2/40/С 1,6/32/С 4,5/77/Н 3,7/47/С 1,6/36/С 3,6/86/Н 3,5/50/С 1,5/40/С 5,4/73/11 4,2/40/С 1,6/32/С 4,5/77/Н 3,7/47/С 1,6/36/С 3,6/86/Н 3,5/50/С 1,5/40/С 5,0/75/Н 4,2/40/С 1,6/32/С 4,1/79/Н 3,6/48/С 1,6/36/С 3,5/86/Н 3,5/50/С 1,5/40/С * С - стабільна; Н - не стабільна (схильна до відкладень). Таблиця 2 Кількість щільних сольових відкладень в очищеній воді після відстійників Тривалість Кількість відкладень (m), мг Вихідна Витрата відстоювання, Тв, / Концентрація завислих речовин (С), лужність Температура води, Q, Питоме гідравлічне мг/л суміші, Л, води, t, °C 3 м /ч навантаження, мг-екв/л С=10 С=1000 С=5000 С=7000 С=10000 3 2 м /м тод 4,5 35/2,9 20,0 45 288,1 175,2 118,1 102,9 82,8 4,5 35/2,9 7,0 30 249,2 116,1 75,2 68,7 59,9 4,5 35/2,9 2,5 20 245,3 114,1 71,1 60,4 51,6 2,8 57/1,8 20,0 45 296,3 189,1 132,1 113,8 92,8 2,8 57/1,8 7,0 30 254,2 126,2 85,1 75,1 66,6 2,8 57/1,8 2,5 20 251,4 124,3 76,4 66,5 57,4 1,8 87/1,2 20,0 45 371,1 256,0 189,0 167,1 141,1 1,8 87/1,2 7,0 30 320,4 165,0 125,6 112,0 101,6 1,8 87/1,2 2,5 20 315,8 162,2 124,0 96,8 90,1 5 Як видно з наведених таблиць, в холостому експерименті з відстоюванням ефективність пом'якшення води (Е) не висока і знаходиться в діапазоні від 32 до 50 % при вихідній лужності 2,5 та 7,0 мг-екв/л. При великому значенні лужності (20 мг-екв/л) залишкова лужність перевищує рівноважну і стабільність води не досягається, вона схильна до відкладень. Крім того, у всьому діапазоні параметрів експерименту (тривалість відстоювання 35-87 хвилин) зафіксовано велику кількість (т) відкладень на зразках у відстояній воді. 10 6 UA 114048 C2 7 UA 114048 C2 5 Як видно з таблиць 1-6 досліди, які проведені при очищенні стічних вод (пом'якшення, зменшення твердих сольових відкладень) в зіставних умовах в апаратах за прототипом та 8 UA 114048 C2 5 10 винаходом, а також при їх відстоюванні, свідчать про перевагу апарата, що заявляється, в порівнянні з прототипом та стандартними відстійниками у всьому діапазоні параметрів. Оптимальні показники досягаються в апараті, що заявляється, в дослідах № І і II - в межах співвідношень довжини корпусу (L) до його діаметра (D)-L:D=(7,5-10):1 та співвідношенні діаметрів впусків в першу циклонну камеру (d1) та впусками в усі інші циклонні камери діаметром (d2)-(d1):(d2)=(2-3):1, при кількості циклонних камер не менше: 9-ти або 4-ох, при -3 3 3 концентрації завислих речовин в суміші вод - (10)10 г/дм та менше або 7,0 г/дм та більше, відповідно, в діапазоні лужності від 2,5 до 20 мг-екв/л та температурах води від 20 до 45 °C. В таблиці 7 визначені ефективні комбінації параметрів при яких можуть бути отримані максимальні позитивні результати при практичному використанні запропонованого гідроциклонного апарата. Таблиця 7 Ефективні параметри роботи гідроциклонного апарата за винаходом Концентрація у вихідній воді, мг/л Змішування масел швидкість , зависі Свзв Смас м/с 10 1000 25 5000;7000 10000 15 20 25 30 2,55 1,59; 2,55 1,59 2,55 1,59; 2,55 Ефективність Ефективність інгібування Стабільність пом'якшення тривалість відкладень ЕІ, води води Еп, % обробки води* t, % сек 189(190) 91-93 72-95 стабільна 170; 189(190) 86-95 72-98 стабільна 136 93-96 72-94 стабільна 84; 152, 190 92-98 80-98 стабільна 136; 84,152 93-97 76-98 стабільна При цьому досягається основна ціль - пом'якшення води (стабільність води) з досягненням величини залишкової лужності суттєво нижчої, ніж рівноважна лужність. У апараті за винаходом ефективність пом'якшення води вище у всьому діапазоні випробувань. При цьому при застосуванні ефективних параметрів роботи апарата за винаходом ефективність пом'якшення води на 20-36 % вище, ніж у прототипі. Порівняння роботи апаратів за прототипом та винаходом з відстійниками щодо інгібування твердих відкладень в очищеній воді також свідчить про більшу (на 30-50 %) ефективність апарата за винаходом, ніж прототип при ефективних параметрах роботи (див. табл. 7). В таблиці 8 наведено результати випробувань апаратів за прототипом та за винаходом при очистці стічних вод від твердих завислих речовин. Як видно з таблиці 8, ефективність очищення води від твердих завислих речовин в апараті за винаходом перевищувала ефективність очищення у прототипі у всьому діапазоні вихідної концентрації твердих домішок - 1-10 г/л і досягає 90-97 % в той час, як у прототипі не перевищує 63-81 %. Переваги конструкції для техніки сумісного очищення промислових стічних вод різного хімічного складу, що мають, наприклад, гідрокарбонатну і гідратну лужність, а також механічні забруднення, зокрема, до 27 % дрібнодисперсних (до 40 мкм) зважених (твердих) частинок підтверджують підвищену ефективність пом'якшення води та видалення (очищення) від твердих частинок і вищі технологічні параметри апарата, який заявляється, порівняно з прототипом. 9 UA 114048 C2 5 10 15 20 Виходячи з вищеприведеного і з урахуванням розкритого причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю ознак винаходу, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, за їх допомогою, можна стверджувати, що задача, поставлена в основу підвищення ефективності пом'якшення стічних вод, деактивація утворених кристалів карбонату кальцію і підвищення ефективності очистки води від твердих домішок для промислових підприємств, із зниженням капітальних та експлуатаційних витрат на одиницю об'єму очищеної води, повністю виконана. Джерела інформації: 1. Скирдов И.В., Пономарев В.Г. Очистка сточных вод в гидроциклонах. М.: Стройиздат, 1975, с. 15. 2. Авторское свидетельство СССР № 184187, кл В 03b, С 02с Открытый гидроциклон для очистки сточных вод от взвешенных частиц/ Скирдов И.В. и Пономарев В.Г. Заявл. 24.06.1965, (№ 1014626/23-26); Опубл.21.07.1966 бюл. № 15-4 с. 3. Патент України на винахід № UA 77476 С2 МПК 2006 В04С 7/00, В04С 3/00 Гідроциклонний апарат для очищення води від важких домішок/ Шеренков І.А., Левашова Ю.С. Заявл.16.01.2006, бюл. № 1; Опубл.15.12.2006 бюл. № 12-4 с. 4. Пантелят Г.С., Шуб В.Б. Стабилизационная обработка оборотной воды // Водоснабжение и санитарная техника. 1981. № 5 - С 4-7. 10 UA 114048 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Гідроциклонний апарат для пом'якшення стічних вод та їх очистки від твердих домішок, що містить циклонні камери з циліндричним корпусом, що оснащений тангенціальними впусками і випусками, трубопровід для відведення очищеної води, пристрій для відведення твердих домішок, запірну арматуру та регулятор тиску, який відрізняється тим, що апарат обладнаний щонайменше чотирма циклонними камерами, циліндричні корпуси яких, окрім першої камери за рухом води, виконані зі співвідношенням довжини корпусу до його діаметра від 7,5:1 до 10:1, перша за рухом води камера обладнана декількома тангенціальними і діаметральними впусками та випуском, розташованим у центрі її циліндричної поверхні по довжині і діаметру, впуски першої камери рознесені по довжині і діаметру її циліндричної поверхні з можливістю забезпечення подовжнього турбулентного руху води з протитечією у напрямку до одного випуску та обладнані регуляторами тиску і запірною арматурою, при цьому співвідношення діаметра впусків в першій камері до діаметра впусків в інших камерах складає від 2:1 до 3:1, корпуси камер, окрім останніх двох, виконані цілісними, а корпуси останніх двох камер мають повздовжній щілинний отвір, який розташований в нижній їх частині та оснащений переходом до пристрою для відведення твердих домішок, який має запірну арматуру. 11 UA 114048 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12