Способ обезвоживания илового осадка и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК C02F11/14 C02F11/13 

Группа изобретений относится к способу обработки промышленных и бытовых сточных вод, помета птиц и животных и устройству для его осуществления, которые могут быть использованы при обезвоживании обводненного илового осадка.

Известен способ прямого обезвоживания неорганических осадков и устройство для его осуществления. Способ включает смешивание неорганических осадков с горячим шлаком в барабане. Шлак и осадки транспортируют в барабан с соотношением потоков, где они смешиваются, обмениваясь теплом, обезвоживаются, охлаждаются и разрушаются под действием вращения барабана и прокатки стальных шариков, в результате чего шлак охлаждается, а осадки сушатся с последующей прямой выгрузкой (RU 2800936, кл. C02F 11/13, опубл. 01.08.2023).

Недостаток известного способа состоит в сложности устройства и значительных энергозатратах на разделение обезвоженного осадка и теплоносителя.

Известна установка шнекового обезвоживания шлама (осадков первичных отстойников и избыточного ила). Она содержит насосы-дозаторы, один из которых соединен с трубопроводом и бункером шлама, а другой - с трубопроводом и емкостью флокулянта, центрифугу с барабаном и шнеком и выгрузочное днище. Осадок из очистных сооружений подается в бункер шлама, затем с помощью насоса-дозатора поступает по подающему трубопроводу в центрифугу с барабаном и шнеком, где смешивается с раствором флокулянта, поступающим из растворных емкостей флокулянта. В процессе смешивания осадка с раствором флокулянта образуются хлопья. Полученные хлопья направляются на техническую линию обезвоживания, поступая в спиральный конвейер; здесь за счет перемешивания шнеком спирального конвейера и гравитации, происходит первичное обезвоживание хлопьев, далее осадок поступает на конечный участок установки, где происходит дальнейшее их обезвоживание. Осадок через выгрузочный проем поступает на выход по выгрузочному днищу в виде осушенного кека (RU 2618034, кл. C02F 11/14, опубл. 02.05.2017). Данные способ и устройство приняты за прототип.

Сложность конструкции известной установки, в том числе шнекового механизма, включающего подвижные и неподвижные кольцевые пластины, обусловлена используемым в ней процессом отжима полученных в результате взаимодействия шлама с флокулянтом хлопьев.

Также известны устройства и способы обезвоживания и сушки, например, горячим маслом не напрямую, а через стенку, так называемая контактная сушка, а также прямая конвективная сушка горячим воздухом или газом (https://rcycle.net/stochnye-vody/ochistka/osadok-obezvozhivanie-i-drugie-metody-obrabotki?ysclid=lly1nxpbo3141759276#i-19 или https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/54570/Tekhnologii_obrabotki_osadkov_stochnyh_vod.pdf?sequence=1&isAllowed=y&ysclid=lly1y2iz79949331965).

Описанные способы энергозатратны и продолжительны по времени.

Техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в повышении эффективности как способа обезвоживания обводненного илового осадка, так и устройства для его осуществления.

Технический результат, направленный на обеспечение названной технической проблемы, состоит в снижении энергозатрат и времени на проведение названного способа, в частности благодаря непосредственному контакту обводненного илового осадка с теплоносителем, и упрощении конструкции устройства, в частности, благодаря обеспечению возможности использования одной из его деталей в двух режимах для выполнения трех функций.

Также предложенный способ более экологичен, чем известные, поскольку не позволяет допустить распространение в окружающую среду одорантов и других вредных летучих веществ, входящих в состав илового осадка.

Названный технический результат достигнут в изобретении благодаря следующей совокупности признаков.

Способ обезвоживания обводненного илового осадка заключается в том, что вводят в емкость жидкий углеводородный агент, температура кипения которого выше температуры кипения воды, и обводненный иловый осадок, перемешивают указанные компоненты при постоянном нагреве до получения заданной конечной влажности илового осадка, после чего обезвоженный иловый осадок выгружают из емкости.

Конечную влажность илового осадка могут контролировать с помощью весов.

Указанные компоненты предпочтительно нагревать до температуры, не превышающей температуру кипения воды.

Перед введением в емкость обводненного илового осадка уже введенный в емкость жидкий углеводородный агент могут нагревать до температуры, не превышающей температуру кипения воды.

Отношение массы жидкого углеводородного агента к массе обводненного илового осадка может составлять от 1:0,10 до 1:1,30.

В качестве жидкого углеводородного агента преимущественно используют отработанное моторное масло.

Устройство для обезвоживания илового осадка содержит емкость и средство ее нагрева, емкость снабжена шнековым перемешивающим, процеживающим и разгрузочным механизмом, который выполнен наклонным с возможностью вращения в сторону перемешивания и в сторону выгрузки, при этом перо шнека шнекового механизма выполнено в виде плоской щетки с расположением ее ворса радиально от оси шнека к периферии.

Емкость устройства может быть снабжена датчиком температуры и теплоизолированным кожухом с отверстием для выхода отработанных газов.

Средство нагрева устройства может быть выполнено в виде газовой горелки, расположенной внутри кожуха в его нижней части.

Кожух устройства может быть установлен своим дном на весах.

В отличие от прототипа шнековый механизм в предложенном решении выполнен с обеспечением возможности изменения направления его вращения. Вращение в одну сторону обеспечивает процесс перемешивания помещенных в емкость ингредиентов, и для этого не требуется использование дополнительных устройств, а в противоположную - процессы процеживания полученной смеси углеводородного агента с иловым осадком и выгрузки последнего.

Процеживание смешанного с жидким углеводородным агентом илового осадка обеспечено благодаря выполнению пера шнека шнекового механизма в виде плоской щетки с расположением ее ворса радиально от оси шнека к периферии.

Проведено выпаривание шести партий илового осадка с начальной влажностью 80% до заданной конечной влажности. Иловый осадок подвергался тепловой обработке при непосредственном контакте с отработанным моторным маслом, являющимся теплоносителем. Результаты работ представлены в таблице.

Таблица

№
партии Начальная влажность илового осадка,
% Количество теплоносителя (отработанного машинного масла),
кг Количество вводимого обводненного илового осадка,
кг Заданная конечная влажность илового осадка,
% Количество выпаренной влаги,
кг Количество добавляемого масла после выгрузки партии,
кг Отношение массы теплоносителя (масла) к массе обводненного илового осадка 1 80 112 19 30 13.6 1.5 1:0.17 2 80 112 58 35 40 4.6 1:0.52 3 80 112 64 28 47 5.1 1:0.57 4 80 112 72 24 53 5.8 1:0.64 5 80 112 89 33 62 7.1 1:0.79 6 80 112 145 26 106 11.6 1:1.29

Способ обезвоживания обводненного илового осадка характеризуется тепловой обработкой названного осадка при непосредственном контакте с жидким углеводородным агентом, являющимся теплоносителем, температура кипения которого превышает температуру кипения воды. Обводненный иловый осадок вводят в жидкий углеводородный агент, который может иметь температуру окружающей среды или может быть предварительно нагрет до температуры близкой к температуре кипения воды. Смесь подвергают внешнему подводу тепла, приводящему к выпариванию воды из илового осадка. Процесс продолжают до получения желаемого содержания воды в иловом осадке (см. таблицу). Согласно таблице конечная влажность илового осадка, т.е. массовый процент влаги от общей массы илового осадка может составить 25-35% при первоначальной влажности, равной 80-95%.

При этом часть жидкого углеводородного агента пропитывает иловый осадок. Далее иловый осадок выводят из смеси с удалением избытка жидкого углеводородного агента. Обезвоженный таким образом иловый осадок является топливом и может использоваться, например, в процессе высокотемпературной газификации для получения горючего топливного газа.

Непосредственный контакт с жидким теплоносителем, в отличие от контакта с газообразным теплоносителем и нагревом через поверхность, как в вышеприведенных аналогах, снижает энергозатраты и время на удаление воды из илового осадка. А также, при данном способе обезвоживания, вещества, являющиеся одорантами и входящие в состав илового осадка, не распространяются в окружающую среду, а связываются с жидким углеводородным агентом и уничтожаются в процессе дальнейшего использования обезвоженного илового осадка в качестве топлива, например, при высокотемпературной газификации. Тем самым снижается их негативное воздействие на окружающую среду.

В качестве жидкого углеводородного агента, кроме отработанного моторного масла, могут использоваться нефтешламы, отходы фритюрного масла, пиролизная жидкость и др. В случае использования в качестве жидкого углеводородного агента отработанного моторного масла или других подобных отходов обеспечена экономия при использовании теплоносителя, при этом конечный продукт может быть использован в данном процессе в качестве горючего.

Следует отметить, что отработанное моторное масло, как и иловый осадок, также является отходом. Таким образом, в дальнейшем, например, в процессе высокотемпературной газификации, уничтожаются два вида отходов.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для обезвоживания илового осадка.

На фиг. 2 - вид с торца на шнековый механизм.

Изображенное на фиг. 1 устройство для обезвоживания илового осадка состоит из емкости 1, предназначенной для загрузки обводненного илового осадка и жидкого углеводородного агента, преимущественно в виде отработанного моторного масла. Нижняя часть емкости 1 выполнена с наклонным рукавом 2, в котором расположено средство для перемешивания названных компонентов, процеживания отработанного моторного масла и выгрузки обезвоженного илового осадка. Указанное средство выполнено в виде шнекового механизма 3, ось которого расположена под углом к горизонтальной поверхности. Перо шнека выполнено в виде плоской щетки 4 с металлическим ворсом, расположенным радиально от оси шнека к периферии.

В нижней части емкости 1 расположен датчик контроля температуры смеси илового осадка и отработанного моторного масла (не показан). Вокруг емкости 1 расположен герметичный кожух 6, в нижней части которого установлена газовая горелка 7 для подвода тепла, а в верхней части образовано отверстие 8 с патрубком для отвода отработанных газов. Кожух 6 имеет внешнюю теплоизоляцию 9 для исключения потерь тепла, подводимого через газовую горелку 7.

Дно кожуха 6 расположено на весах 5 для контроля количества илового осадка, отработанного моторного масла и испарившейся влаги.

Устройство работает следующим образом. В емкость 1 подают заданное количество жидкого углеводородного агента, такого, например, как отработанное моторное масло. При помощи горелки 7 масло нагревают до температуры близкой к температуре кипения воды. Отработанные газы удаляются из кожуха 6 через отверстие 8 с патрубком. Температуру внутри емкости 1 контролируют посредством показаний датчика температуры. Возможна работа устройства без предварительного нагрева масла. Затем в емкость 1 подают заданное количество обводненного илового осадка. Вращают шнековый механизм 3 в сторону, обратную стороне выгрузки, что приводит к перемешиванию обводненного илового осадка и отработанного моторного масла. При этом продолжается подвод тепла через газовую горелку 7 и контроль температуры с помощью датчика температуры. Количество выпаренной влаги контролируют с помощью показаний весов 5. После испарения необходимого количества влаги шнековый механизм 3 включают в режим выгрузки.

Обезвоженный иловый осадок, пропитанный частью отработанного моторного масла, выгружают с помощью шнекового механизма 3. Избыток отработанного моторного масла, проходя сквозь металлический ворс плоской щетки 4 пера шнека шнекового механизма 3, сливается обратно в емкость 1, куда добавляют необходимое количество израсходованного масла и цикл повторяется.

В качестве топлива для газовой горелки 7 может служить топливный газ, полученный в результате газификации обезвоженного илового осадка.

Шнековый механизм 3 в предложенном решении благодаря конструкции пера шнека в виде плоской щетки 4 с расположением ворса радиально от оси стержня шнека к периферии с постоянным шагом пера шнека наряду с функциями перемешивания и выгрузки выполняет функцию процеживания моторного масла. Для смены режимов технологического процесса достаточно поменять направление вращения оси шнекового механизма. Вращение в одну сторону приводит к перемешиванию ингредиентов, в противоположную - к процеживанию масла и выгрузке илового осадка.

Группа изобретений относится к обезвоживанию обводненного илового осадка. В емкость вводят жидкий углеводородный агент, температура кипения которого выше температуры кипения воды, и обводненный иловый осадок. Отношение массы жидкого углеводородного агента к массе обводненного илового осадка составляет от 1:0,10 до 1:1,30. Перемешивают указанные компоненты при постоянном нагреве до получения заданной конечной влажности илового осадка. Перемешивание указанных компонентов и выгрузку обезвоженного илового осадка осуществляют с помощью наклонного шнекового механизма, выполненного с возможностью вращения в сторону перемешивания и в сторону выгрузки с одновременным процеживанием полученной смеси. Перо шнека шнекового механизма выполнено в виде плоской щетки с расположением ее ворса радиально от оси шнека к периферии. Конечную влажность илового осадка контролируют с помощью весов, на которых установлен теплоизолированный кожух емкости. Технический результат изобретения состоит в снижении энергозатрат, упрощении конструкции устройства, использующей один механизм для выполнения нескольких функций. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ обезвоживания обводненного илового осадка, заключающийся в том, что вводят в емкость жидкий углеводородный агент, температура кипения которого выше температуры кипения воды, и обводненный иловый осадок, перемешивают указанные компоненты при постоянном нагреве до получения заданной конечной влажности илового осадка, после чего обезвоженный иловый осадок выгружают из емкости, отличающийся тем, что перемешивание указанных компонентов и выгрузку обезвоженного илового осадка осуществляют с помощью наклонного шнекового механизма, выполненного с возможностью вращения в сторону перемешивания и в сторону выгрузки с одновременным процеживанием полученной смеси, при этом отношение массы жидкого углеводородного агента к массе обводненного илового осадка составляет от 1:0,10 до 1:1,30, а конечную влажность илового осадка контролируют с помощью весов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед введением обводненного илового осадка введенный в емкость жидкий углеводородный агент нагревают до температуры, не превышающей температуру кипения воды.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкого углеводородного агента используют отработанное моторное масло.

4. Устройство для обезвоживания илового осадка, содержащее емкость и средство ее нагрева, емкость снабжена шнековым перемешивающим и разгрузочным механизмом, который выполнен с возможностью вращения в сторону перемешивания и в сторону выгрузки, отличающееся тем, что емкость выполнена с теплоизолированным кожухом, установленным своим дном на весах, средство нагрева выполнено в виде газовой горелки, расположенной внутри кожуха в его нижней части, а шнековый механизм установлен в емкости наклонно, при этом перо шнека шнекового механизма выполнено в виде плоской щетки с расположением ее ворса радиально от оси шнека к периферии.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в емкости расположен датчик температуры.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что теплоизолированный кожух имеет отверстие для выхода отработанных газов.