Способ гравитационного сгущения осадка и устройство для его осуществления

 

1. Способ гравитационного сгущения осадка путем перемешивания, о т п к ч а-ю щ и и с я тем, что, с цепью повышения степени сгушения и сокращения продопжитепьности процесса, перемешивание ведут при постоянной скорости от 0,005 до 0,025 м/с с периодичностью от 120 до 210 с. (Л l:; о 4 Од 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

438 А (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ сайж

4 Вод садок дщ6пый

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3505401/23-26 (22) 04.11.82 (46) 23,10.83, Бюп. М 39 (72); Э.А. Прошин, В.Д.Рахамимов, М.Ш. Файц, И, Э,Апепьцин и Г,Д. Павпов (71) Всесоюзный научно-исспедоватепьский институт водоснабжения, канапизации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеопогии (53) 628,336.31 (088,8) (56) 1. Авторское свидетепьство СССР

М 919700, кл, В 01 D 21/00, 13.08.79

2, Авторское свидетепьство СССР

Ж 627088, кп. С 02 F 11/00, 1976.

3. Справочник проектировщика. Канапизация насепенных мест и ромышпениых предприятий. М., Стройиздат, 1981, с. 319.

4. Справочник монтажника. Оборудование водопроводно-канапизационных соору жений. М., Стройиздат, 1979, с. 100-101

5. Авторское свидетепьство СССР

% 623834, кп. С 02 F 11/00, 1978.

6. Авторское свидетепьство СССР

М 802200, кп. С 02 Р 1/52, 1978.

З(51) С 02 F 11/12; В 01 D 21/00 (54) СПОСОБ ГРАВИТАЦИОННОГО СГУШЕНИЯ ОСАДКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ э

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ гравитационного сгущения осадка путем перемешивания, о т и и ч а-ю ш и и с я тем, что, с цепью повышения степени сгущения и сокрашения про допжитепьности процесса, еремешивание ведут при постоянной скорости от 0,005 до 0,025 м/с с периодичностью от 120 до 210 с.

2. Устройство дпя гравитационного сгущения осадка, содержащее корпус, перемешиваюшее устройство, включающее плоские рамы с вертикальными лопастями и скребками, трубопроводы для подачи осадка, отвода воды и сгушенного осадка,отпичаюшееся тем, что перемешиваюшее устройство снабжено цепным конвейером с жестко эакреппенными на нем рамами и лопастями, выполненными в виде трехгранной равнобокой призмы с углом между боковыми фронтальными гранями от 60 до 90 и установленными при соотношении расстояний между ними в свету от 1,5 до 2,5 ширины лопасти, корпус выполнен в виде резервуара прямоугольной формы в плане трубопроводы подачи осадка раэмешены вдоль продольных стен резервуара на высоте от 0,5 до 0,6 его рабочей глубины и выполнены с перфорацией по внутренюВ горизонтальной образующей на участке от

0,5 до 0,7 их длины задней торцовой стенки резервуара, а трубопроводы отвода воды и сгущенного осадка размещены у передней торцовой стенки резервуара.

Изобретение относится к очистке воды„ а именно к гравитационному сгушению осадков, образующихся при физико-химической очистке природных и сточных вод, 5 и может быть использовано также в химической технологии и при обогащении полезных исжопаемых.

Известен способ гравитационного сгущения осадка осаждением и уплотнением Г1).

Недостатками известного способа являются крайне низкая степень сгущения осадка, вследствие эащемления свободной воды его структурой и незначитепь- 15 ная скорость водоотдачи агрегативно устойчивых частиц осадка.

Известен тиике способ гравитационного сгущения осадка путем попеременного сжатия половины его объема с одновре- 20 менным расширением другой его половины периодически сближающимися вертикальными сетчатыми перегородками с увеличивающейся сверху вниз проницаемастью f2 3 25 !

Недостатком этого способа является незначительная степень сгущения осацка, обусловленная различными условиями сжатия осадка при возвратно-поступательном движении сетчатой перегородки.

Наиболее близким по технической сущности и достщ"аемому результату к пред- лагаемому является способ периодического перемешивания при переменной скорости от нуля до 0,03 м/с вертикальными З5 лопастями врашаклцейся двухпучевой paMb. (3 3.

Недостатками известного способа яв пяются; незначительная степень сгущения осадка, обусловленная неодинаковыми усповиями перемешивания осадка, вследствие изменения линейной скорости перемешивания лопастей от нуля до наибольшего значения; недостаточная скорость сгущения осадка, обусловленная значительными интервалами времени между воздействиями на осадок перемешивающих лопастей вращаюшейся двухпучевой рамы, Известно устройство дпя гравитационного сгущения осадка осаждением и уплотнением, выполнение в вице прямоугольного резервуара с устройством для удаления осадка скребками, закрепленными на цепном конвейере (4, Недостатком этого устройства является крайне низкая степень сгущения осадка, в связи с отсутствием конструктивных элементов для интенсификации процесса естественного гравитационного огушения.

Известно также устройство для гравитационного сгущения осадка перемешиванием вращающимися лопастями, выполненными в виде желобов Г-образной формы и установленными наклонно с подъемом к периферии 55).

Недостатком этого устройства является низкая степень сгущения осадка иэ-за отсутствия вертикальных элементов, обеспечиваюших образование вертикальных каналов в осадке, необходимых для выхода

104 воды, освобожденной от эашемпения его структурой.

Наибопее близким по технической сущности и достигаемому результату к предпагаемому является устройство, содержашее корпус в виде цилиндрического резервуара, снабженного перемешиваюшим устройством, вкпючаюшем врашаюшийся вап с с эакреппенными на нем ппоскими рамами с вертикальными попастями и скребками, !О трубопроводами дпя подачи осадка, отвода воды и отвода сгушенного осадка, причем лопасти выпопнены в виде попуципиндрических обечаек с высотой, рав ной половине высоты резервуара 6 j. 15 ,Недостатками известного устройства являются: недостаточная степень сгущения осадка, вследствие неодинаковых условий его перемешивания допастями при пиней- 20 ных,скоростях их врашения от нуля до наибольшего значения, а также вспедст вие прижатия осадка к тыпьной стороне лопастей; недостаточная скорость сгущения 25 осадка, обусповпенная значительными ин- тервалами времени между перемешиванием осадка попастями; необходимость в отчуждении значительной производственной ппошади, вследствие круглой в ппане формы исполнения эезервуаров, не позвопяюшей компактно размешать их на IITIQIIIBQKe водоочистной станции; значительная строитепьная стоимость, 35 вызванная увеличенной протяженностью обспуживаюших коммуникаций, подвоцяших и отводящих трубопроводов и необходимостью возведения павильона над сгуститепями, а также повышенной по- 4> требностью в бетоне и металлоконструкциях, обусловленной отсутствием общих строительных конструкций сопряженных резервуаров; сложность монтажа, обусповпенная необходимостью использования монолитного бетонирования при строитепьно-монтажны х .работах.

1Лепью изобретения является увеличение степени сгушения осадка и сокрашение продопжитепьности процесса.

9438 4

Поставленная цепь достигается тем, что согласно способу гравитационного

cryu..åíHÿ осадка путем перемешивания, последнее ведут при постоянной скорос ти от 0,005 до 0,025 м/с с периодичностью от 120 до 210 с,.

Кроме того, в устройстве дпя гравитационного сгущения осацка, содержашем корпус, перемешиваюшее устройство, вкпючаюшее плоские рамы с вертикапь ными лопастями и скребками, трубопроводы дпя подачи осадка, отвода воцы и сгущенного осадка, перемешиваюшее устройство снабжено цепным конвейером с жестко закреппенными на нем рамами и попастями, выполненными в виде трехгранной равнобоковой призмы с углом между боковыми фронтальными гранями от 60 до ОС и установненными при соотношении расстояний межцу ними в свету

or 1,5 до 2,5 ширины лопасти, корпус выполнен в виде резервуара прямоугопьной формы в плане, трубопроводы подачи осадка размешены вдопь продольных стен резервуара на высоте от 0,5 до 0,6 его рабочей глубины и выполнены с перфорацией по внутренней горизонтальной образуюшей на участке от 0,5 цо 0,7 их длины от задней торцовой стенки резервуара, а трубопроводы отвода воды и сгушенного осацка раэмешены у передней торцовой стенки резервуара.

При перемешивании агрегативно устойчивого осадка повъ шается его водоотдача эа счет периодического разрушения его структуры и выцепения, вследствие этого, ранее эашемпе иной структурой осадка свободной воцы, При этом перемешивание осацка с постоянной скоростью позволяет достиг нуть равноценной степени воздействия на осадок во всем его объеме.

Степень сгушения осадка определяется приростом его концентрации.

Данные, свндетепьствуюшие о цепесообразности сгушенця осадка йериодическим перемешиванием предложенным способом (при постоянной скорости) по сравнению с известным (при переменной скорости) . представлены в табл. 1. Продолжителен ность сгущения 4 ч.

1049438

Табница 1

Прироцные воды: мапомутные мут

Ность (М) ЦО

5g мгlп

2,0-2,5

3,0- 3,5

1,0 средней мутности (М) от 50 цо 250 мг/л

3,0

8,0-10,0

12,0-14,0 мутные (М) выше

250 мг/п

1 3,0-1 5,0

8,0

1 8,0-20,0

Сточные воды: активный ип

2,0- 3,0

4,0-5,0

ПРоцолжение табд, 3,5

0,021

0,025

0,030

0,038

3,3

2,9

0,0017

0,005

0,01 2

0,01 7

2,7

3,0

3,2

3,4

Приведенные в табл. 1 резупьтаты свицетепьствуют об увепичении степени сгущения осадка перемешиванием в предпоженном способе о сравнению с извес нь|м при оцной и той же процолжитепьности процесса в среднем в 1,4-1,65 о раз (табл. 1, столбцы 4 и 5).

Данные, характеризующие влияние скоростей перемешивания осадка на степень

его сгущения при концентрации исхоцного осадка вязкостью 5 i 10 5 Па - с45

1,0 масЛ и процопжитепьности сгущения

4 ч приведены в табп, 2.

Та 6 пипа 2

Как спецует из данных, приведенных в табп. 2, при уменьшении скорости перемешивания ниже 0,005 м/с снижается степень сгущения осадка за счет недостаточной степени воздействия на него.

Превышение скорости перемешивания осадка выше 0,025 M/с также ухудшает эффект вспецствие взмучивания осацка

Данные, свидетепьствуюшие о цепесообразности прецпоженных интервапов периоцичности перемешивания при концентрации исходного осадка мапомутных воц вязкостью 5 -10 5 Па -с - 1,0 мас.% и концентрации сгущенного осадка 3,5 мас.% привецены в табп. 3.

1049438

Таблица 3

6,9

120

5,0

150

4,3

1О

180

4,0

210

4,5

300

6,3

420

8,8

Результаты, приведенные в табл. 3, показывают, что снижение периодичности перемешивания менее 120 с приводит к увеличению продолжительности сгущения осадка вследствие его взвешивания, тот же результат имеет место при увеличении периодичности перемешивания выше 210 с эа счет тиксотропности осадка, т.е, способности осадка самопроизвольно восстанавливать свою структуру после прекращения воздействия на него.

Пример 1. Осадок поверхностных маломутных вод с исходной концент30 рацией 1,0 мас.% сгущают в предложенном устройстве. Периодическое перемешивание ведут при постоянной скорости, равной 0,005 м/с периодичностью 120 с.

Продолжительность сгущения 4 ч. Концентрация сгущенного осадка 3,0 мас.%.

Пример 2. Процесс ведут анало, гично примеру 1 с осадком поверхностных маломутных цветных вод исходной концентрации 1,0 мас. /o при постоянной скорости 0,015 м/с с периодичностью

165 с. Концентрация сгущенного осадка

3,5 мас.%.

Пример 3. Процесс ведут аналогично примеру 1 с осадком поверхностных маломутных цветных вод исходной концентрации 1,0 мас.% при постоянной скорости 0,025 м/с с периодичностью

210 с. Концентрация сгущенного осадка

3,2 мас.%.

На фиг. 1 представлено устройство для гравитационного сгущения осадка, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 « сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4- - сечение В-В на фиг. 3. 55

Устройство для гравитационного сгущения осацка включает в себя корпус в виде резервуара 1 прямоугольной формы в плане с приямком 2, цепной конвейер

3 с приводным механизмом 4, жестко эа« крепленные на цепном конвейере 3 пло кие рамы 5 с размещенными на них вертикальными лопастями 6 и скребками 7, лопасти 6 в вице трехгранных равнобоких призм с углом между боковыми фроно тальными гранями 8 от 60 до 90, тру бопроводы 9 подачи осадка, размещенные вдоль продольных стен резервуара на высоте от 0,5 до 0,6 его рабочей глубины и оснащенные перфорацией 10 по внутренней горизонтальной образующей на участке от 0,5 до 0,7 их длины от задней торцовой стенки резервуара, трубогпюводы отвода воды 11 и отвода сгущенного осадка 12, размещенные у передней торцовой стенки резервуара 1.

Выполнение корпуса в вице резервуара прямоугольной формы в плане позволяет применить для установки вертикальных лопастей цепной конвейер, при атом обеспечивается постоянная скорость первмешивания осадка эа счет перемешивания плоских рам, жестко закрепленных на цепном конвейере, при его перемещении с постоянной линейной скоростью, Данные, подтверждающие увеличение степени сгущения осадка в резервуаре прямоугольной формы, обеспечивающем перемешивание осадка с постоянной скоростью приведены в табл. 1 (столбец 5).

Выполнение перемешивающих лопастей в виде трехгранной равнобокой призмы обеспечивает интенсивную водоотдачу осадка за счет двухстороннего обтекания осадком лопастей при их перемещении без прилипания осадка к фронтальной поверхности лопасти вследствие соскальзывания и отсутствия вакуумного прижатия к ее тыльной поверхности.

Сравнительные данные, свидетельствующие об увеличении степени сгущения осадка в зависимости от формы выполнения лопастей при концентрации исходного осадка 1,0 мас.% и продолжительности сгущения 4 ч приведены в табл.4.

Таблица 4

Попуцилиндрические обечайки

2,2- 2,7

Трехгранные равнобокие призмы

3,0- 3,5

Таким образом, анализируя табл. 4, можно сделать вывод, что перемешива10

1049438

Табпица 6

Соот

Таблица 5 ация сгу>садка, стоя попас от их

0,5

2,0

2,8

1,0

2,9

3,4

3,5

3,5

2,0

3,5

33

2,5

3,5

150

2,3

3,0

3,2

1 80"

2,0

4,0

2,5 ние осадка предпоженными вертикапьными лопастями в виде трехгранной равнобоковой призмы увепичивает степень сгущения осадка с 2,2-2,7 до 3,0-3,5 мас.% т.е. в 3.,29-1,36 раэ.

Данные, свидетельствующие о цепесообраэности выбора угпом между боковыми фронтапьными гранями перемешивающих попастей приведены в табл. 5..

Данные, приведенные в табп, 5, свидетепьствуют о том, что степень сгущения осадка перемешиванием вертикапьными попастями снижается с уменьшением угпа между боковыми фронтапьными гранями ниже 60, за счет уменьшения 30 ширины области воздействия попасти на осадок.

При увепичении угпа между боковыми гранями выше 90о будет иметь место снижение степени сгущения осадка вспед- З5 ствие образования непромешиваемой приз.мы осадка на фронтапьной поверхности попасти.

Соотношение расстояний в свету между предпоженными попастями составляет от

1,5 до 2,5 ширины попасти. Образующийся при указанных соотношениях рассто яний перепад уровней осадка перед и за перемешиваюшими попастями обеспечивает эффективное сгущение осадка за счет стеснения живого сечения осадка при его процеживании между попастями.

При расстоянии между попастями в свету менее 1,5 дот их ширины, обпасти воздействия попастей на осадок накпады- >о ваются друг на друга, осадок ппохо про-) цеживается между попастями, образуется спой осадка в виде сводника, не пере текающего в прозор между попастями и движущегося s направпении перемещения лопастей.

При расстоянии между попастями в свету бопее 2,5 от их ширины образуют ся участки непромешиваемого осадка.

Зависимость степени сгущения осадка от соотношения расстояний между перемешивающими попастями приведена в табп, 6, Иэ табп, 6 спедует, что как умень- . шение, так и увеличение соотношения расстояний между попастями по сравнению с предпагаемыми снижает степень сгущения осадка.

Предлагаемое размещение трубопроводов подачи осадка вдоль продопьных стен резервуара на высоте от 0,5 до 0,6 его гпубины и выполнение их с перфорацией по внутренней горизонтапьной образующей на участке от 0,5 go 0,7 их дпины от задней торцовой стенки резервуара, а трубоЩзоводов отвода воды и отвода сгущенного осадка у передней торцовой стенки резервуара позвопяет достигнуть максимапьной степени сгущения осадка и повышения качества осветпенной воды при технологическом режиме накаппивания сгущенного осадка с единовременным его удапением из резервуара. Это достигается предотвращением разбавления сгущенного осадка новой порцией исходного осадка при последующих его напусках.

Данные, свидетепьствуюшие о приросте концентрации сгущенного осадка при трех его напусках в зависимости от высоты размещения трубопроводов подачи осадка представпены в табп, 7, причем объем напускаемого осадка при втором и третьем не пусках равен объему уда пеннойосветпенной воды, 1049438

Та бп ица 7

КонценКонцентрация сгущенного осадка поспе третьего наКонцентрация сгущенного осадка поспе второго напуска масЛ

Содержание взвешенных трация сгущенного веществ в осветпенной воде, мг/и осадка после пуска, масЛ первого напуска, масЛ

3,5 4,1

0,3

25,0

4,6

0,5

3,5

4,5

25,0

5,2

0,6

3 5

4,5

25,0

5,2

45,0

0,8

3,5

4,5

5,2

Как следует из данных, приведенных в табл. 7, размещение трубопроводов подачи осадка на высоте меньше 0,5, т.е.

0,3 от глубины резервуара снижает степень сгущения осадка при втором и третьем его напусках в резервуар из-эа разбавпения ранее сгущенного осадка, запе, гакхцего на указанной высоте.

При размещении трубопроводов подачи осадка на высоте бопее 0,6, т.е. 0,8 от

Таблица 8

Концентрация сгущенного осадка посКонцентрация сгущенного

Конце нтрация сгущенного осадка осадка после первого напуска, масЛ после вторс го напуска, масЛ пе третьего на пуска, ас о

3,5

4,1

4,6

0,3

3,5

4,5

5,2

0,5

0,7

3,5

4,5

5,2

4,0

4,4

0,9

3,5

Данные, приведенные в табп. 8, свидетельствуют,,что при соотношении длины перфорированного участка трубопровода подачи осадка к обшей его цпине менее 0,5,т.е. 0,3 снижается степень сгущения осадка после второго и третьего напусков соответственно в 1,10 и

1,13 раз (табл. 8, строки 1 и 2) вспецствие неравномерности залегания сгу щенного осадка по высоте резервуара, приводящей к его взмучиванию при последующих напусках.

При соотношении дпины перфорированного участка трубопровоца подачи осадУстройство дпя гравитационного сгу» щения осадка работает следующим образом.

Соот ноше ние высоты размещения трубопроводов подачи осадка от рабочей глубины резервуара

Соотношение длины перфорированного участка на трубопроводе поцачи осадка с его общей длиной глубины резервуара достигается высокая степень сгущения осадка, но при атом в 2,25 раз ухуцшается качество осветпенной воды (табл. 7, столбец 6).

Данные, свидетельствующие о повышении эффективности сгущения осадка в зависимости от размещения перфорированного участка на трубопроводах подачи осадка, свеце ны в табл, 8. ка к общей его цпине бопее 0,7, т.е.

0,9, снижается степень сгущения ocagaa после второго и третьего напусков соответственно в 1,22 и 1,20 раз (табп. 8 строки 3 и 4) вследствие разбавления. сгущенного осадка предыцушего напуска у передней торцовой стенки резервуара (в месте отвода сгущенного осадка иэ резервуара) осадком поспецующих напусков.

10494 3В

Осадок в резервуар 1 поступает самотеком из отстойных сооружений. Напуск осадка осуществляют по двум трубопроводам 9 подачи осадка, размещенным вдопь продопьных стен резервуара 1 на высоте от 0;5 до 0,6 вго рабочей гпубины через перфорированные участки, распопоженные по внутренней гориэонтапьной образующей трубопроводов 9 на участке от 0,5 до 0,7 их дпины or задней торцовой rÎ стенки резервуара. Такое размещение трубопроводов 9 подачи осадка с перфс рацией 10 при размещении трубопроводов отвода воды 11 и отвода сгущенного ос&дкй 12 g передней торцовой стенки 15 резервуара 1 обеспечивает максимапьную степень сгущения осадка и высокое ка чвство осввтпенной воды при технопогическом режиме накаппивания сгущенного, осадка от нескольких напусков бцагодаря 20 предотвращению раэбавпения сгущенного осадка норой порцией напускаемого в резервуар 3. исходного ocagza. Зто достигается за счет максимапьного удапения мест подачи осадка и отвода воды и 25 сгущенного осадка приводной механизм 4 перемещает цепной конвейер 3 с жестко эакреппеннымй на нем ппоскими рамами

5, оборудованными попастями 6 и скребками 7, пвремешивание осадка вертикапьными попастями 6 в виде трехгранной равнобоковой призмы с угпом между боковыми фронтапьными гранями 8 от

60 до 80 и соотношением расстояний между ними в свету от 1,5 до 2,5 ширины попастей 6 способствует интенсивной водоотдаче и сгущению осадка за счет агрегирования частиц осадка при процеживании его между перемещающимися напастями 6, сжатия его структурной сетки и образования вертикальных кенапов эа попастями 6, по которым поднимается вверх вода, ранее эащемпенная структурой осадка. Концентрация сгущенного осадке увепичивается сверху вниз.

Осадок придонного споя постоянно, перемещают скребками 7 в приямок 2 и периодически удапяют по трубопроводу от вода сгущенного осадка 12. Осветпенную воду с верхнего уровня поспэ окончания процесса сгущения перекачивают в голову сооружений по трубопроводу отвода

Boghl 1 1 .

Предпагаемые способ и устройство дпя гравитационного сгущения осадка периодическим перемешиванием по сравнению с известным увеличивает степень сгущения осадка с 2,0-2,5 до 3,0-3,5 мас.% т.е. в 1,4-1,75 раз и сокращает продопжитепьность процесса -с 8-9 qo 45 ч, т.е, в 1,6-2,2 раз за счет воэможности перемешивать осадок во всем его объеме при постоянной скорости от

0,005 до 0,025 м/с с периодичностью

or 120 до 210 с, которое может быть осуществпено топько в резервуаре прямоугопьной формы в плане и при перемешивании осадка вертикапьными попастями, размещенными в ппоских рамах жестко эекреппеиных на ценном конвейере.

Г1редпагаемое устройство дпя гравитационного сгущения осадка также дешевле известного, так как выпопнение его в виде резервуара прямоугольной формы поэвопяет сократить производственные ппоцади за счет воэможности компактного мзмещения йескопьких резервуаров на лпощадке водоочистной станции и уменьшить ппощадь аавипьона над устройством в 3-4 реза за счет утвппения устройст ва грунтовым обвацованием и размещением в павипьоне насосных агрегатов и приводного механизма, снизить строитепьную стоимость эа счет напичия общих стенок" у смежных резервуаров и применения унифицированных строите пьных детапей вместо монопитного жепеэобетона, а также протяженности подводящих и огводящих коммуникаций.

Ожидаемый общий годовой економичеокий эффект от максимапьного объема испопьэования изобретения на станциях очистки природных вод поверхностных водоисточников coorasrraer 8,5 мпн. руб.

1049438

А - А

Фиг. 2 б-Б

Фиг.3

8-В

ВНИИПИ 3ака 8345/23 Тираж 941 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4