22. Дозирование реагентов в воду. Классификация дозаторов. Смешение реагентов с водой. Смесительные устройства: классификация, схемы и основы расчета.

Классификация дозаторов:

В водоподготовке применяют дозаторы растворов и суспен­зий, газов и сухих реагентов, которые можно классифицировать на: пропорциональные, автоматически устанавливающие дозу в соответствии с изменя­ющимся расходом воды или ее качеством; и насосы-дозаторы постоянной дозы, используют при постоянном расходе и качестве воды.

Дозаторы растворов можно подразделить на дозирующие реагенты в открытый поток и в напорный трубо­провод.

Д озаторы сухих реагентов вводят их в открытый по­ток или в специальный смеситель, где они быстро растворя­ются. Сухие гранулированные или порошкообразные реагенты до­зируют шнековыми, ленточными, тарельчатыми, объемными, массовыми и вибрационными дозаторами.

Объемные дозаторы (рис. 4.6) подают определенный объем вещества за расчетный промежуток времени, массовые — мас­совое количество вещества.

Рис. 4.6. Объемный дозатор со шнековым питателем: 1- бункер; 2 - шнековый питатель (одновременно вращается и совер­шает возвратно-поступательные перемещения); 3 - водоструйный смеси­тель; 4 - растворная камера; 5 - регистратор и регулятор подачи химиче­ских веществ; 6 - редуктор; 7 - двигатель

Важной и неотъемлемой частью сухих дозаторов является растворная камера. При непосредственном вводе сухих реаген­тов в воду они падают на дно нерастворенными. Для более полного смешения реагента с водой и его лучшего растворения предусматривают электрические ме­шалки или форсунки. Для точного регулирования количества воды, поступающей в растворную камеру, применяют различ­ные водомеры.

Отдозированный дозаторами реагент направляется к смесителю. Существенными преимуществами су­хого дозирования являются компактность установки, предотв­ращение коррозии оборудования, простота устройства, значительное снижение капитальных затрат.

Схема устройства и работы Пропорционального дозатора простейшего типа показана ниже:

Дозатор пропорциональной дозы: 1 — приемная воронка смесителя; 2 — диафрагма; 3 и 7 — водомерный и реагентный баки; 4 — поплавок; 5 — блоки; 6 — дозирующая диафрагма; 8 —шаровой кран

В водомерный бак это­го дозатора поступает часть воды, отделенная в определенном количестве от общего потока на распределительном водосливе (остальная большая часть поступает непосредственно в смеси­тель).

Из водомерного бака вода выходит через патрубок с диафрагмой и направляется через воронку в смеситель. В баке имеет­ся поплавок, который с помощью тросика, перекинутого через блоки, поддерживает на определенной высоте дозирующую трубку диафрагмы. Через эту трубку из второго бака вытекает раствор реагента, уровень которого в баке поддерживается по­стоянным благодаря шаровому клапану. При увеличении коли­чества воды, поступающей на обработку, уровень воды в баке повышается, поплавок поднимается, дозирующая трубка опус­кается, и расход раствора реагента у величивается пропорцио­нально расходу обрабатываемой воды.

Пропорциональные дозаторы: кондукто-метрический дозатор. Их принцип действия основан на измерении электропроводности воды. Самый первый такой дозатор – дозатор системы Чайшвили-Крымского в 60гг разработан.

Электропроводность меряют датчиками до добавки реагента и после. Датчики управляют вентилями на трубе с раствором коагулянта, или управляют насосом для подачи реагента, который оборудован электроприводом. Преимущество этих дозаторов: т.к. каждой дозе коагулянта соответствует одна разница электропроводности воды до коагулирования и после, поэтому работа дозатора не зависит от расхода обрабатываемой воды и изменения концентрации раствора коагулянта.

Самые зашибися дозаторы – кондукто-метрические. Немного приближаются к кондуктометрическим по точности – объемные дозаторы, с автоматическим управлением.

К автоматическим дозаторам относятся конструкции дозатора типа ДИМБА (дозатор известкового молока бункерный автоматический). Они регулируют подачу реагента, поддерживая заданное значение рН или пропорционально расходу воды. Могут быть также использованы для раствора коагулянта.

В последние годы в отечественной и зарубежной практике для дозирования реагентов все более широко используют плун­жерные и винтовые насосы-дозаторы. Насосы-дозаторы: плунжерные и винтовые. Плунжерные: типа НД с подачей 0,16-2,5 м3/ч и давлением 981 кПа, а винтовые – марки 1В6/10Х с подачей 0,5-6м3/ч и давлением 392 Па.

Смексительные устройства: классификация, схемы .

При коагулировании примесей воды необходимо быстрое и равномерное распределение реагентов в объеме для обеспечения максимального контакта частиц примесей с продуктами гидролиза коагулянта, т.к. процессы гидролиза, полимеризации и адсорбции протекают в течение 1 секунды. Поэтому необходимо, чтобы устройство ввода и смешение отвечало данным условиям.

Устройство ввода реагента.

Основная задача – обеспечить равномерное распределение реагента во всем объеме обрабатываемой воды. Простейшее устройство ввода – трубопровод с сальниковым уплотнением.

Примерно с 80-х годов используются новые приспособления (называются «звездочка»).

Может устанавливаться в трубопроводах или на открытых каналах. Для усиления турбулизации устроена перегородка с отверстием по сечению ввода.

Камерно-лучевые смесители, устанавливают преимущественно в трубопроводах. Там есть лучи и специальная конструкция, которая обеспечивает рециркуляцию воды.

Смесители.

Должны обеспечивать быстрое перемешивание реагента с водой. Если равномерно размешать реагент, то процесс начнется одновременно и получиться образование более плотных хлопьев.

Смесители бывают:

1. Гидравлические

2. Механические

Гидравлические смесители.

Турбулизация потока создается местными сопротивлениями в трубах путем увеличения в них скорости движения воды. Конструктивно просты и надежны, однако при понижении расхода они не обеспечивают нужного эффекта смешения. Число смесителей не менее 2, резервных аппаратов не предусматривают.

Дырчатый смеситель. Представляет из себя несколько перегородок(щитов) в канале воды. Щит имеет отверстия диаметра 100-150 мм, может быть 6 – 7 щитов. Вода, проходя ч/з щит турбулизуется. Эти смесители не очень, поэтому сделали перегородчатый.

Перегородчатый. Более эффективен. До 8 – 9 перегородок, в которых вода может двигаться вертикально и горизонтально. Достаточно эффективен.

Коридорного типа. Состоит из 3 – 8 коридоров. Интенсивность как у дырчатого смесителя. Достаточно просто. Редко используется.

Вихревой (вертикальный) тип. Для смешения реагентов, которые дозируются в воду в виде трудно растворимых взвесей. Внизу достаточно высокая интенсивность потом она снижается, что и требуется по условиям коагуляции. Вода собирается в затопленный трубопровод, и потом через лоток отводиться на следующие сооружения в технологической схеме очистки. Для схем, которые требуют удалять воздух. Схемы с контактными осветлителями и осветлители со взвешенным осадком – скорые фильтры.

Шайбовый смеситель. Шайба – сужающаяся часть трубопровода.

Трубчатый смеситель. Характеризуется большими потерями напора и невозможностью использования их на крупных станциях водоподготовки.

Механические смесители.

Недостаток гидравлических смесителей: при резком уменьшении расхода воды не удается поддерживать необходимую интенсивность перемешивания коагулянта с водой. В настоящее время применяют в основном гидравлические смесители, но гидравлическими смесителями невозможно отрегулировать степень турбулизации потока и время пребывания в смесителе, которое должно зависеть от качества воды и ее расхода. Оптимальный эффект коагуляции достижим при очень быстром переносе частиц, который возможен только при использовании высокоскоростных механических смесителей турбинного или пропеллерного типа.

МС – круглые или квадратные в плане резервуары с соотношением высоты к ширине (диаметру) 2:1 с плоским или коническим днищем.

Мешалки, применяемые в МС:

1. пропеллерные

2. лопастные

3. турбинные

Установка 2х-3х механических мешалок позволяет регулировать продолжительность перемешивания, путем вкл-откл отдельных мешалок. При резких изменениях кач-ва воды м. понадобиться изменение продолжительности смешения реагента с водой.

Рачет смесителей:

Устройства ввода реагентов следует выполнять в виде перфорированных трубчатых распределителей или вставок в трубопровод, создающих местные сопротивления. Потерю напора в трубопроводе при установке трубчатого распределителя надлежит принимать 0,1—0,2 м, при установке вставки — 0,2—0,3 м.

Число смесителей (секций) надлежит принимать не менее двух с возможностью отключения их в периоды интенсивного хлопьеобразования.

Вихревые смесители следует принимать в виде конического или пирамидального вертикального диффузора с углом между наклонными стенками 30—45°, высотой верхней части с вертикальными стенками от 1 до 1,5 м, при скорости входа воды в смеситель от 1,2 до 1,5 м/с, скорости восходящего движения воды под водосборным устройством от 30 до 40 мм/с, скорости движения воды в конце водосборного лотка 0,6 м/с.

Определяется расход воды на один смеситель:

;

где N_см – количество смесителей.

Площадь верхней зоны смесителя:

;

где v_в – скорость в верхней зоне смесителя, принимается равной 0,03-0,04 м/с.

Размер стороны B_в верхней части корпуса:

Размер стороны входной части смесителя:

где d₁ - внутренний диаметр подающего трубопровода

δ – толщина стенки подводящего трубопровода

Площадь входной части:

Высота диффузора смесителя:

;

где α – угол между наклонными стенками диффузора (α= 30-45⁰).

Объем диффузора:

Рабочий объем смесителя:

;

где τ – время пребывания воды в смесителе (τ= 1,5 – 2,0 минуты)

Объем верхней части смесителя:

Высота верхней части:

Необходимо, чтобы h_в было менее 1,5метров. Данное условие выполняется.

Полная высота смесителя:

Далее определяют сборную систему смесителя, сборные лотки, отверстия в них, сечения лотков и тд.

Перегородчатые смесители надлежит принимать в виде каналов. Число поворотов следует принимать равным 9–10.

Потерю напора h на одном повороте перегородчатого смесителя следует определять по формуле

(8)

где  — коэффициент гидравлического сопротивления, принимаемый равным 2,9;

v — скорость движения воды в смесителе. принимаемая уменьшающейся от 0,7 до 0,5 м/с;

g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с².

Смесители должны оборудоваться переливными и спускными трубами.

Шайбовые смесители:

Потери напора(д.б. 0,3-0,4м):

h=(ω/ω₀ε-1)²v²/2g

ω – площадь живого сечения трубопровода в м², ω0 – площадь отверстия шайбы, v – скорость движения воды в трубопроводе, ε – коэффициент сжатия струи, зависит от ω₀/ω

Диаметр отверстия диафрагмы(шайбы):

d₀=d(ω₀/ω)^0.5

d – внутренний диаметр трубопровода