Спосіб змішування реагентів у змішувачах і камерах утворення пластівців водоочисних споруд

Спосіб змішування реагентів з водою у змішувачах і камерах утворення пластівців водо очисних споруд, який відрізняється тим, що змішування реагентів з водою, що очищується, відбувається шляхом створення струминних турбулентних приграничних шарів, що перерізають один одного, забезпечуючи заповнення всього перерізу потоку розчином реагенту, концентрація якого в будь-якій точці потоку буде не менш заданої Даний винахід відноситься до області водоочисних споруд, а конкретно до їхніх змішувачів і камер пластівцеутворення Процес змішування реагентів з потоком води, що очищується, (далі він буде називатися основним потоком) у змішувачах і камерах пластівцеутворення існуючих водоочисних споруд здійснюється за рахунок створення вихрових зон в основному потоці, його закручення, а також за допомогою мішалок, чи збільшення шляху змішування, наприклад, у камерах пластівцеутворення перегородчастого типу В усіх випадках реагенти подаються в основний потік локально або на його поверхню при швидкостях руху розчину реагентів, близьких до швидкості руху основного потоку, або набувають значення цих швидкостей повороті потоку, на звуженнях і розширеннях каналу, по якому тече основний потік, збільшують втрати енергії в змішувачах і камерах пластівцеутворення, - особливо низька ефективність змішування в камерах пластівцеутворення пере город частого типу, де на основний потік, що повільно рухається, надходить струмінь реагенту, що також має малі швидкості Так, на фіг1, що запозичений з [1], представлена конструктивна схема змішувача, що ілюструє сказане Як бачимо, подача розчину реактиву (див фіг 1, поз 2) здійснюється у визначене місце камери, в яку подається основний потік води, що очищується (див фіг1, поз 1) Такий спосіб визначає локальну подачу реактиву, у незалежності від того чи здійснюється вільний злив, чи розчин реактиву надходить на будь-яку глибину камери змішування Для створення вихрових зон, що сприяють змішуванню, основний потік і розчин реактиву проходять через вікна в перегородках (див фіг 1, поз 3) Це дозволяє вважати такий спосіб змішування прототипом даного винаходу Оскільки в прототипі весь основний потік бере участь у послідовних процесах раптового звуження і розширення потоку, необхідно порівняно мало змінювати відношення прохідного перетину у вікнах до перетину каналу змішувача, щоб не збільшувати надмірно гідравлічні втрати Як відомо, вихри в таких каналах виникають не в ядрі потоку, а лише в тіньових зонах Таким чином, локальна подача розчину реагенту і локальне розташування вихрових зон не в змозі забезпечити якісне змішування pea Такий спосіб змішування має ряд недоліків - вихрові зони, що виникають у змішувачах, мають локальний характер і не охоплюють основний потік у цілому Наявність таких вихрових зон і локальної подачі реагентів визначають значну нерівномірність розподілу реагентів в основному потоці, - установка мішалок з локальною подачею реагентів не ліквідує цього дефекту, тому що виникнення великомасштабних вихрів і закручування основного потоку не виключають локального розташування в перетині каналу, по якому рухається реагент При цьому змішування реагентів з основним потоком відбувається неефективно, оскільки відносна швидкість розчину й основного потоку вкрай мала, - штучно створені вихри, що виникають при ю C O О> СО Ю 53935 ктиву в основному потоці води, що очищується Виміри залишкового хлору і загального мікробного числа на виході зі змішувача показали значну нерівномірність розподілу цих величин Таким чином, ускладнення конструкції змішувачів і камер пластівцеутворення приводить до збільшення габаритів і вартості очисних споруд, але не забезпечує розподілу розчину реагенту по всьому перетину основного потоку, а також потрібної його рівномірності, що приводить до зниження ефективності очищення води і додаткових витрат реагентів Нами поставлені наступні задачі - забезпечити розподіл реагентів по всьому перетину основного потоку води, причому найменше значення концентрації реагенту в будь-якій крапці потоку повинне бути не нижче заданого, - знизити втрати енергії в змішувачах і камерах пластівцеутворення очисних споруд, - спростити конструкцію змішувачів і камер пластівцеутворення і знизити вартість очисних споруд Поставлені задачі виконуються шляхом створення струминного турбулентного прикордонного шару [2], коли розчин реагенту, що має малу масову витрату у порівнянні з масовою витратою основного потоку води подається зі швидкостями на виході з джерел струменів (сопел) у багато разів вище, ніж швидкість супутнього потоку, яким у даному випадку є основний потік води, що очищується Як відомо, поперечні складові пульсацій швидкостей у струминному турбулентному прикордонному шарі створюють могутнє перемішування середовищ за рахунок обміну кількостями руху як на ЗОВНІШНІЙ границі струменя, так і усередині нього Розташування сопел повинно бути таким, щоб струминні турбулентні прикордонні шари перетиналися, охоплюючи весь поперечний переріз потоку (фіг 2, де поз 1 - струминний турбулентний прикордонний шар, поз 2 - сопло) На фіг 3 зображені залежності концентрацій реагенту, віднесених до його концентрації на вході в струминний турбулентний прикордонний шар (на виході із сопла), тобто відносних концентрацій '% у від безрозмірної координати крапки шару г\ = —, b (у - віддалення крапки від осі струменя, b - напівширина струменя), які визначаються розрахунком при швидкості на виході з сопла Uo = 3,1м/с та швидкості супутного потоку UH = 0,2м/с Крива 1 отримана при діаметрі сопла d = 12mm і зображує розподіл відносних концентрацій розчину реагенту в перетині, розташованому на відстані X = 1810мм від сопла, де напівширина струменя b = 280мм Крива 2 отримана для параметрів d = 12mm, x = 3650мм, b = 484мм, крива 3 - для d = 8мм, х = 3540мм, b = 441мм Задаючись необхідною мінімальною величиною відносної концентрації, наприклад, рівній 0,1, як показано на фіг 3, легко визначити відповідну величину т|і Тоді відстань, яка дорівнюєте = — , буде представляти собою безрозмірний крок між осями сопел, де h - крок між соплами (див фіг 4) що забезпечуює у будь-якій крапці потоку концентрацію реагенту, рівну чи більшу, ніж мінімально припустима концентрація Для полегшення розуміння суті винаходу в таблиці № 1 приводяться деякі варіанти геометричних і кінематичних параметрів, що охоплюють потрібні для практики випадки Тут задане значення мінімальної концентрації реагенту складає 10% від його концентрації на вході в сопла Зі сказаного випливає два варіанти реалізації даного винаходу Перший - може здійснюватися на змішувачах і камерах пластівцеутворення споруд, що експлуатуються На вході в зазначені частини споруд встановлюється пристрій, зображений на фіг 4 Системою труб (поз 1), зображеною на цьому малюнку, розчин реагенту подається до сопел (поз 2) Для того, щоб зробити малими гідравлічні опори на підведення розчину до сопел у порівнянні з динамічним напором струменя на виході із сопла, а ці напори зробити практично рівними для усіх сопел, діаметри труб, що підводять розчин до сопел, варто визначати по формулі d B = d^n •n 1 , де n - число сопел на одній вертикальній трубі, ги = 5 7, а діаметр труби, що підводить розчин до вертикальних труб - по формулі d r = d B ^ n B • n 2 , де пв - число вертикальних труб, П2 = 4 ,6 По другому варіанту аналогічний пристрій з меншим числом сопел може бути встановлений у водоводі від насосної станції першого підйому до водоочисної споруди Тоді ділянка водоводу порівняно невеликої довжини може замінити чи доповнити існуючі змішувачі Камери пластівцеутворення представляють собою ділянки водоводу квадратного чи прямокутного перетину з кришками, що служать для очищення (фіг 5 - 7, де поз 1 підведення розчину хлору, поз 2 - підведення коагулянту, поз 3 - кришка) Новизна запропонованого рішення полягає в тому, що замість енергії вихрів основного потоку, для змішання розчину реагентів з основним потоком використовується принцип струминного прикордонного шару, що ІНІЦІЮЄТЬСЯ струменем розчину реагенту, швидкість якого на виході із сопла в 10 15 разів вище швидкості основного потоку, а масова витрата в сотні разів менше масової витрати основного потоку При цьому для одержання в основному потоці мінімально припустимої концентрації реагенту, що складає 10% від його концентрації на виході із сопла, можна скористатися даними таблиці Запропоноване рішення є неочевидним, тому що його ефективність залежить від правильності вибору діаметра сопел підведення розчину реагентів, від кроку між ними, а також від співвідношення середніх швидкостей потоку реагентів і основного потоку на вході в струминний прикордонний шар Література 1 Кастильський О О , Мшц Д М Підготовка води для питного і промислового водопостачання "Вища школа", 1962, - 559стор 2 Абрамович Г Н Прикладна газова динаміка "Наука", 1969, - 824стор 53935 Таблиця Uo, м/с 3,0 3,0 5,0 5,0 10 10 10 15 15 3,0 3,0 5,0 5,0 5,0 10 10 15 15 UH, d, мм 5 5 5 5 5 5 5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10 10 М/С 0,2 0,5 0,2 0,2 0,5 і,о 1,5 1,0 1,5 0,2 0,5 0,2 0,5 1,0 0,5 1,0 1,0 1,5 Фіг.2 h, мм 77,6 63,5 118 91,5 107 85 70 97,5 91,5 369 219 390 302 191 476 302 323 302 Uo, м/с 3,0 3,0 5,0 5,0 10 10 10 15 15 3,0 3,0 5,0 5,0 5,0 10 10 10 15 15 UH, d, мм 12 12 12 12 12 12 12 12 12 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 М/С 0,2 0,5 0,2 0,5 0,5 1,0 1,5 1,0 1,5 0,2 0,5 0,2 0,5 1,0 0,5 1,0 1,5 1,0 1,5 Фіг.4 h, мм 413 268 459 341 439 342 269 394 341 464 301 534 388 266 501 396 319 434 395 53935 Вид по А-А Фіг.8 ВидлоВ-ВФіг.7 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24