УСТРОЙСТВО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКА Российский патент 2011 года по МПК B01D53/00 

Изобретение относится к области разделения неоднородных жидкостей на твердую и жидкую фазы с использованием прессов в комбинации с фильтрующими элементами и может быть использовано для электроосмотического обезвоживания суспензий, шламов, осадков промышленных производств, осадков водоподготовки, осадков сельскохозяйственных производств, активного ила и осадков сточных вод, жидких отходов.

Известно устройство обезвоживания осадка, содержащее электроосмотический фильтр-пресс с катодными и анодными электродами, выпрямитель с возможностью подачи на электроды фильтр-пресса регулируемых по величине напряжения и тока импульсов постоянного тока, полученных путем выпрямления переменного тока (см. заявку РСТ: KR 2006/003497; см. также заявку RU 2008115196/15, 04.09.2006, опубл. 27.12.2009. Бюл. №36).

В известном устройстве для электроосмотического обезвоживания осадка используется выпрямленное импульсное напряжение постоянного тока, которое подается в ленточном фильтр-прессе к электродам в виде барабана (катод или анод) и бесконечной гусеницы (анод или катод). Между поверхностью барабана и гусеницей расположены два слоя фильтровальной ленты с капиллярными отверстиями. Между лентами располагают слой осадка, который подлежит электроосмотическому обезвоживанию (сушке).

При наличии разности потенциалов пульсирующего постоянного тока на электродах в пространстве между электродами создается электрическое поле, при наличии которого наблюдаются электроосмотические и электрофоретические явления, а также эмиссия анодного электрода в результате электродных химических реакций.

В слое осадка наблюдаются электроосмотические явления, в частности, жидкость отделяется от частиц осадка и двигается в сторону катода и фильтруется капиллярами фильтровальной ленты вблизи катода. Электрофоретические явления характеризуются направленным перемещением заряженных частиц осадка к аноду, уплотнением и коагуляцией осадка на фильтровальной ленте вблизи анода. В результате обезвоживания и коагуляции частиц осадка происходит уплотнение слоя осадка и кольматация фильтровальной ленты или отложение на поверхности и в капиллярах фильтровальной ленты мелких коагулированных уплотненных частиц осадка, в результате чего уменьшается фильтрация фильтровальной ленты вблизи анода, что приводит к постепенному увеличению электрического сопротивления слоя осадка. При постоянном перепаде напряжения на электродах по закону Ома уменьшается величина тока в межэлектродном пространстве, что приводит к снижению электрической мощности в межэлектродной системе, необходимой для прогрева и обеззараживания осадка и постепенному снижению глубины и качества обезвоживания и производительности обезвоживания.

Цель усовершенствования - повышение производительности процесса обезвоживания осадка, повышение качества обеззараживания осадка, снижение влажности обезвоженного осадка, ускорение процесса обезвоживания.

Это достигается тем, что устройство обезвоживания осадка, содержащее электроосмотический фильтр-пресс с катодными и анодными электродами, выпрямитель с возможностью подачи на электроды фильтр-пресса регулируемых по величине напряжения и тока импульсов постоянного тока, полученных путем выпрямления переменного тока, отличающееся тем, что выпрямитель снабжен осциллятором формирователем импульсов или генератором импульсов обратной полярности для подачи на электроды фильтр-пресса импульсов постоянного тока, которые последовательно чередуются с регулируемыми по амплитуде и длительности импульсами обратной полярности меньшей длительности.

Технический результат: при последовательном чередовании на электродах импульсов постоянного тока с импульсами тока обратной полярности наблюдается ионизация межэлектродного слоя осадка с кратковременной переориентацией направления движения ионизированных частиц осадка и интенсивное разрушение ионных оболочек молекул воды, что разжижает электролитом уплотненный слой осадка на фильтровальной ленте. В результате чего, уменьшается кольматация капилляров фильтровальной ленты, уменьшается активное сопротивление слоя осадка, увеличивается мощность межэлектродного процесса, увеличивается теплопроводность слоя осадка, что приводит к ускорению прогрева слоя осадка до заданной температуры и повышает качество обеззараживания осадка. Интенсифицируются электроосмотические и электрофоретические процессы в слое осадка, что увеличивает подвижность молекул воды в сторону катода, что сокращает время процесса обезвоживания и/или сушки осадка. Кроме того, снижается эмиссия анодного электрода, так как в процессе работы анодный электрод самоочищается импульсами обратной полярности, что увеличивает эффективное непрерывное время работы анодного электрода.

Устройство представлено на чертежах

Фиг.1. Устройство обезвоживания осадка. Вариант блок-схемы устройства.

Фиг.2. Устройство обезвоживания осадка. Вариант блок-схемы устройства.

Фиг.3. Устройство обезвоживания осадка. Осциллографическая диаграмма формы импульсов на одной из фаз.

Фиг.4. Устройство обезвоживания осадка. Осциллографическая диаграмма формы импульсов на одной из фаз. Вариант.

Обозначения на чертежах.

1 - электроосмотический фильтр-пресс;

2 - выпрямитель;

3 - импульс постоянного тока;

4 - импульс обратной полярности;

5 - формирователь импульсов;

6 - генератор импульсов обратной полярности;

7 - блок (схема) управления тиристором;

V₁ - выпрямляющий диод;

V₂ - управляющий тиристор;

Т - период следования импульсов постоянного тока;

ωt - время.

Устройство обезвоживания осадка представляет собой электроосмотический фильтр-пресс 1, содержащий электрод, например, в виде вращающегося барабана (анод или катод) и подвижный электрод в виде бесконечной гусеницы (катод или анод). Между поверхностью барабана и гусеницей расположены два слоя фильтровальной ленты с капиллярными отверстиями. Между фильтровальными лентами располагают слой осадка, который подлежит электроосмотическому обезвоживанию (сушке).

В устройстве обезвоживания осадка используется выпрямленное выпрямителем 2 импульсное напряжение постоянного тока, например, однополупериодное (см. фиг.3). Нагрузка на источник электропитания активная. Импульсы 3 постоянного тока на электродах последовательно чередуются с регулируемыми по амплитуде и длительности импульсами 4 обратной полярности меньшей длительности, чем импульсы 3 постоянного тока. Импульсы 4 обратной полярности подают на электроды от осциллятора 5 (см. фиг.1) или генератора 6 импульсов обратной полярности (см. фиг.2), в случае однофазной сети электропитания. Генератор 6 импульсов 4 обратной полярности содержит управляемый тиристор V₂. Тиристор V₂ управляется блоком 7 управления тиристора V₂, с помощью которого регулируются амплитуда и длительность импульсов обратной полярности. Величина напряжения на электродах импульсов 6 постоянного тока варьируется от 30 V до 90 V. Величина напряжения импульсов 4 обратной полярности варьируется от 100 V до 400 V. Длительность τ импульсов 4 обратной полярности составляет от 1% до 5% от периода Т следования импульсов постоянного тока (см. фиг.3).

Устройство обезвоживания осадка работает следующим образом.

Для обезвоживания жидкий осадок подают между двух бесконечных фильтровальных лент. Фильтровальные ленты частично охватывают барабан, который имеет возможность вращаться вокруг своей оси при движении лент вместе с жидким осадком. В свою очередь, ленты прижимаются к барабану бесконечной гусеницей, которая перемещается синхронно с лентами. Гусеница и барабан являются одновременно электродами. Барабан - анодом или катодом, а гусеница - катодом или анодом. Включают источник электропитания электродов ленточного электроосмотического фильтр-пресса 1. Выпрямитель 2 формирует импульсы 3 постоянного тока, которые последовательно чередуются с импульсами 4 обратной полярности, которые формируются осциллятором 5 или генератором 6.

При наличии разности потенциалов пульсирующего постоянного тока на электродах в пространстве между электродами создается электрическое поле, при наличии которого наблюдаются электроосмотический и электрофоретический процессы. При электроосмотическом процессе жидкость отделяется от частиц осадка и двигается в сторону катода и фильтруется капиллярами фильтровальной ленты вблизи катода. При электрофоретическом процессе наблюдается направленное перемещение заряженных частиц осадка к аноду, уплотнение и коагуляция осадка на фильтровальной ленте вблизи анода.

При последовательном чередовании на электродах импульсов 3 постоянного тока с импульсами 4 обратной полярности наблюдается ионизация межэлектродного слоя осадка с кратковременной переориентацией направления движения ионизированных частиц осадка и интенсивное разрушение ионных оболочек молекул воды, что разжижает электролитом уплотненный слой осадка на фильтровальной ленте. В результате чего, уменьшается кольматация капилляров фильтровальной ленты, уменьшается активное сопротивление слоя осадка, увеличивается мощность межэлектродного процесса, увеличивается теплопроводность слоя осадка, что приводит к ускорению прогрева слоя осадка до заданной температуры и повышает качество обеззараживания осадка. Интенсифицируются электроосмотический и электрофоретический процессы в слое осадка, что увеличивает подвижность молекул воды в сторону катода, что сокращает время процесса обезвоживания и/или сушки осадка. Кроме того, снижается эмиссия анодного электрода, так как в процессе работы анодный электрод самоочищается импульсами 4 обратной полярности, что увеличивает эффективное непрерывное время работы анодного электрода.

Изобретение относится к области разделения неоднородных жидкостей на твердую и жидкую фазы с использованием прессов в комбинации с фильтрующими элементами и может быть использовано для механического и электроосмотического обезвоживания суспензий, шламов, осадков, активного ила сточных вод. Электроосмотический фильтр-пресс содержит катодные и анодные электроды, с возможностью подачи на электроды регулируемых по величине напряжения и тока импульсов постоянного тока, полученных путем выпрямления переменного тока. Импульсы постоянного тока на электродах последовательно чередуются с регулируемыми по амплитуде и длительности импульсами обратной полярности меньшей длительности. Технический результат изобретения - увеличение подвижности молекул воды в сторону катода, что сокращает время процесса обезвоживания и/или сушки осадка. 4 ил.

Устройство обезвоживания осадка, содержащее электроосмотический фильтр-пресс с катодными и анодными электродами, выпрямитель с возможностью подачи на электроды фильтр-пресса регулируемых по величине напряжения и тока импульсов постоянного тока, полученных путем выпрямления переменного тока, отличающееся тем, что выпрямитель снабжен осциллятором-формирователем импульсов или генератором импульсов обратной полярности для подачи на электроды фильтр-пресса импульсов постоянного тока, которые последовательно чередуются с регулируемыми по амплитуде и длительности импульсами обратной полярности меньшей длительности.