Способ гравитационного сгущения осадка и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК C02F11/12 B01D21/04 C02F103/10 

2. Устройство arm гравитационного сгущения осадка, содержащее корпус, перемешивающее ycxpoftcTBOj включающее плоские рамы с вертикапьными попастямв и скребками, трубопроводы для пода чи осадка, отвода воды к сгушешюго осашса, отпичающееся тем, что перемешивающее устройство снабжено цепным конвейером с жестко закреппенными на нем рамами и попастями, вьшопненными в виде трехгранной равнр бокой призмы с угпом между боковыми .фронтапьными гранями от 60 до 90° и

установпен1{ыми при соотношении расстояний между ними в свету от 1,5 до 2,5 ширины лопасти, корпус выполнен в виде резервуара прямоугольной формы в плана, трубопроводы подачи осадка размешены вдопь продольных стен резервуара на высоте от 0,5 до 0,6 его рабочей гпубияы и вьшопнв ны с перфорацией по вн:утренявй 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.

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

Изобретение относится к очистке воды а именно к гравитационному сгущенгдаэ осадков, образующихся при физико-химической очистке природных и сточных, вод, И может быть исподьзовано также в хим1иеской технологии и гфи обогащении попезных ископаемых. Известен спосбб гравитационного сгущения осадка осаждением и уппотнением Cl 3. Недостатками известного способа яв дяются крайне низкая степень, сгущения осадка, вследствие защемления свободной воды его структурой и незначитель- mя скорость водоотдачи агрегативно ус7ойчивых частиц осадка. Известен та1Ц«е способ гравитационно го сгущения осадка путем попеременного сжапщ половины его объема с одновременЕЗЫМ расшире1Жем другой его половины периодически сближающимися вертИ калысыми сетчатыми перегородками с увеличивающейся сверху вниз проницаемостью С2 3. , Недостатком этого способа является неаначитепьшя степень сгущения осадка, рбусповпенная различными условиями сжатия осадка при возвратно-поступатель ноМ движении сетчатой перегородки. Наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому результату к предлагаемому является способ периодического перемешивания при шреаиенной скорос ти от нуля до 0,ОЗ м/с вертикальными лопастями вращающейся двухпучевой рагмы Сз Недостатками известного способа являются:незначительная степень сгущения осадка, обусловленная неодинаковыми условиями перемешивания осадка, вследствие изменения пикейной скорости перемешивания лош1стей от нуля до юибольщего значения; недостаточная скорость сгущения осаснка, обусловленная значительными интервалами времеш{ между воздействиями на осадок пвремешивающих лопастей вращающейся двух лучевой рамы. Известно устройство для гравитационного сгущения осадка осаждением и уплотнением, выполненное в виде трямоугольного резервуара с устройством для удаления, осадка скребками, закрепленными tia цепном конвейере 4 }. Недостатком этого устройства является крайне шюкая степень сгущения осадка, в связи с отсутствием конструктивных элементов для интенсификации процесса естественного гравитационного огущения. Известно также устройство для гравитационного сгущения осадка перемэщнванием вращающимися лопастями, выполненными в виде желобов Г-образной формы и установленными наклонно с подъемом к периферии С5Х Недостатком этого устройства йвляется низкая степень сгущения осадка из-за отсутствует вертикальнь1х элементов, обеспечивающих образование вертикальных каналов в осадке, необходимых для выхода воды, освобожденной от защемления йго структурой. Наибопее близким по технической сущ ности и достигаемому результату к предпагаемому является устройство, содержа щее корпус в виде цилиндрического резер вуара, снабженного перемешивающим устройством, включающем вращающийся вап с закрепленными на нем плоскими рамам с вертикальными лопастями и скребками, трубопроводами для подачи осадка, отвода воды и отвода сгущенного осадка, причем попасти выполнены в виде полуцилиндрических обечаек с высотой, ра&ной половине высоты резервуара Сб J .Недостатками известного устройства являются: недостаточная степень сгухцения осасека, вследствие неодинаковых условий его перемешивания допастями при линейных .скоростях их вращения от нуля до наибольшего значения, а также вследствие прижатия осадка к тыльной стороне лопастей; недостаточная скорость сгущенш осадка, обусловленная з,начитепькыми интервалами времени между перемешиванием осадка лопастями; необходимость в отчуждении значитеп НОЙ производственной площади, вследствие круглой в плани формы исполнения эезервуаров, не позволяющей компактно размещать их на площадке водоочистной станции; значительная строительная стоимость вызванная увеличенной протяженностью обслуживающих коммуникаций, подводящих и отводящих трубопроводов и необходимостью возведения павильона над сгустителями, а также повышенной потребностью в бетоне и металлоконструкциях, обусловленной отсутствием общих строительны х конструкций сопряженных резервуаров; сложность монтажа, обусловленная необходимостью использования монолитно го бетонирования при строительно-монтаж ных -работах. Целью изобретения является увеличен степени сгущения осадка и сокращение продолжительности процесса. 4384 Поставленшя цель достигается тем, что согласно способу гравитационного сгуи-.ения осадка путем перемешивания, последнее ведут при постоянной скорости от 0,005 до 0,025 м/с с периодичностью от 120 до 210 с,Креме того, в устройстве для rpaBitтаиионного сгущения осадка, содержащем корпус, перемешивающее устройство, включающее плоские рамы с вертикальными лопастями и скребками, трубопроводы для подачи осадка, отвода воды и сгущенного осадка, перемешивающее устройство снабжено цепным конвейером с жестко закрепленными на нем рамами и лопастями, выполненными в в1вде трехгранной равнобоковой призмы с углом между боковыми фронтальными гранями от 60 до 00 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 размещены вдоль продольных стен резервуара на высоте от 0,5 до 0,6 его рабочей глубины и выполнены с перфорацией по внутренней горизонтальной образующей на участке от 0,5 до 0,7 их длины от задней торцовой стенки резервуара, а трубопроводы отвода воды и сгущенного осадка размещены у передней торцовой стенки резервуара. При перемешивании агрегативно устойчивого осадка повышается его водоотдача за счет периодического разрушения его структуры и выделения, вследствие этого, ранее защемленной структурой осадка свободной воды. При этом перемешивание осадка с постоянной скоростью позволяет достиг путь равноценной степени воздействия на осадок во всем его объеме. Степень сгущен1Ш осадка определяется приростом его концентрации. Данные, св1щетепьствующие о целесообразности сгущентш осадка периодическим перемешивашюм предложенным способом (при постоянной скорости) по сравнению с известным (при переменной скорости), продставлены в табл. 1. Продолжительгность сгущения 4ч.

Природные воды:

мапомут-ные, мутность (М) до 5р мг/п

средней мугности (М) от 50 до 250 мг/п

мутные (М) вы 250 мг/п

Сточные воды: активный ип Приведенные в табп. 1 результаты свиДегепьствуют об увепичении степени сгущения осадка перемешиванием в предпоженном способе по сравнению с извест ным при одной и той же продолжитепьности процесса в среднем в 1,4-1,65 раз (табп. 1, столбцы 4 и 5). Данные, характеризующие влияние скоростей перемешивания осадка на степень его сгущения при концентрации исходного осадка вязкостью 5 л 10 Па - с 1,0 мас.% и продолжительности сгущения 4 ч приведены в табл. 2. .Таблица 2

Таблица 1

3,0-3,5

2,0-2,5

12,0-14,0

8,0-10,0

18,0-20,0

13,0-15,0

4,0-5,0

2,О-3,0 Продолжение табл. 2 Как следует из данных, приведенных в табл. 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,О25 м/с также ухудшает эффект вследствие взмучивания осадка Данные, свидетельствующие о цепесообразности предложенных интервалов периодичности перемещивания при концентрации исходного осадка маломутных вод вязкостью 5-10 Па-с-1,0 мас.% и концентрации сгущенного осадка 3,5 мас.% приведены в табл. 3. Результаты, приведенные в табп. 3, показывают, что снижение периодичности перемешивания менее 120 с приводит к увеличению продолжитепьности сгущения осадка вспедствие его взвешивания, тот же результат имеет место при увеличени периодичности перемешивания выше 210 за счет тиксотропности осадка, т.е. способности осадка самопроизвольно восстанавливать свою структуру после прекрашения .воздействия на него. Пример 1. Осадок поверхностных мапомутных вод с исходной концент рацией 1,0 мас.% сгушают в предложенном устройстве. Периодическое перемеши вание ведут при постоянной скорости, равной 0,О05 м/с периодичностью 120с Продолжительность сгущения 4 ч. Конце рация сгущенного осадка 3,0 мас.%. Пример 2. Процесс ведут анчло . гично примеру 1 с осадком поверхност ных маломутных цветных вод исходной концентрации 1,0 мас.% 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 поверхнос ных мапомутных цветных вод исходной концентрации 1,0 мас.% при постоянной скорости 0,О25 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 Бна фиг. 2; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 3. Устройство для гравитационного сгущения осадка включает в себя корпус в виде резервуара 1 прямоугольной формы в плане с приямком 2, цепной конвейер 3 с приводным механизмом 4, жестко закрепленные на цепном конвейере 3 плоские рамы 5 с размещенными на них вертикальными лопастями б и скребками 7, лопасти 6 в виде трехгранйых равнобоких призм с утлом между боковыми фронтальными 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 ос1шщенные перфорацией 10 по внутренней горюонтальной образующей на участке от 0,5 до 0,7 их длины от задней торцовой стенки резервуара, трубопроводы отвода воды 11 и отвода сгущенного осадка 12, размещенные у передней торцовой стенки резервуара 1. Выполнение корпуса в виде резервуара прямоугольной формы в плане позволяет применить для установки вертикальншх лопастейцепной конвейер, при этом обеспечивается постоянная скорость перемешивания осадка за 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 двутсстороннего обтекания осадком лопастей при их перемещении без прилипания осадка к фронтальной поверхности лопасти вследствие соскальзы- . вания 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,О мас.% и прОдолжительгности сгущения 4 ч приведены в табл.4. Таблица4 Форма выполнения Концентрация сгулопастейщенного осадка, мас.% Полуцилиндрические обечайки2,2-2,7 Трехгранные равнобокие призмы3,0-3,5 Таким образом, анализируя табл. 4, можно сделать вывод, что перемешивакие осадка предложенными вергикапьными лопастями в виде трехгранной равнобоковой при:змы увепичивает степень сгущения осадка с 2,2-2,7 до 3,0-3,5 мас.% т.е. в 1,29-1,36 раз.

Данные, сввдетепьствующие о цепесообрааности выбора угпом между боко1вь1ми фронтальными гранями перемешивав ющих полтастей приведены в табп. 5. .

Таблица 5 Данные, .приведенные в табп. 5, ев детепьствуют о том, что степень сгущения осадка перемешиванием вертикальными лопастями снижается с уменьшением угпа между боковыми фронтальными гранями ниже 60°, за счет уменьшения ширины области воздействия лопасти на осадок. При увеличении угла между боковыми гранями выше 90 ° будет иметь место снижение степени сгущения осадка вследствие образования непромешиваемой призмы рсашса на фронтальной поверхности лопасти. Соотношение расстояний в свету межд предложенными лопастями составляет от 1,5 до 2,5 ширины лопасти. Образующийся при указанных соотношениях расст яний перепад уровней осадка перед и за перемешивающими лопастями обеспечивае эффективное сз ущение осадка за счет стеснения кивого сеченкя- осадка при. его лроцеживан ш между лопастями. При расстоянии между лопастями в свету менее 1,5 дот их ширины, области воздействия лопастей на осадок накладываются друг на друга, осадок плохо процеживается между лопастями, образуется слой осадка в виде сводника, не пере---а текающего в прозор между лопастями и движущегося е направлении перемещения лопастей..

При расстоянии между лопастями в свету более 2,5 от их ширины образуются участки непромешиваемого осадка.

Зависимость степени сгущения осадка от соотношения расстояний между перемешивающими лопастями приведена в табл. 6.

Таблица 6

Концентрация сгущекного осадка, - Из табл. 6 следует, что как умень- . шение, так и увеличениесоотношения расс7ояний между лопастями по сравнению с предлагаемыми снижает степень сгущения осадка.. Предлагаемое размещение трубопроводов подачи осадка вдоль продольных стен резервуара на высоте от 0,5 до 0,6 его глубины и выполнение их с перфорацией по внутренней горизонтальной образующей на участке от О,5 до 0,7 их длины от задней торцовой стенки резервуара, а трубог оводов отвода воды и отвода сгущенного осадка у передней торцовой стенки резервуар1а позволяет достигнуть максимальной степени сгущения: осадка и повышения качества осветленной воды при технолог1гческом режиме накапливания сгугценного осадка с единовременным его удалением из резервуара. Это достигается предотвращением разбавления сгущенного осадка новой порцией исходного осадка при последующих его напусках. Данные, свидетельствующие о приросте концентрации сгущенного осадка при трех его напусках в зависимости от высоты размещения трубопроводов подачи осадка представлены в табп. 7, причем объем напускаемого осадка при втором к третьем непусках равен объему удаленной - осветленной воды.

Как следует из данных, приведенных 20 в табп. 7, размещение трубопроводов подачи осадка на высоте меньше 0,5, т.е. О,3 от гпубины резервуара снижает степень сгущения осадка при втором и третьем его напусках в резервуар из-за раз- 25 бавпения ранее сгущенного осадка, запегающего на указанной высоте.

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

Данные, приведенные в табл. 8, свидетельствуют, ,что при соотношении перфорированного участка трубопровода подачи осадка к общей его длине менее 0,5, т.е. О,3 снижается степень сгущения осадка после второго и третьего напусков соответственно в 1,10 и 1,13 раз (табл. 8, строки 1 и 2) вследствие неравномерности залегания сгуI щенного осадка по высоте резервуара, приводящей к его взмучиванию при последующих напусках.

При соотношении длины перфорированного участка трубопровода подачи осадТаблица 7

гпубины резервуара достигается высокая степень сгущения осадка, но при этом в 2,25 раз ухудшается качество освет- пенной воды (табп. 7, столбец 6).

Данные, свидетельствующие о повышении эффективности сгущения осадка в зависимости от размещения перфЬрироватшого участка на трубопроводах подачи осадка, сведены в табп. 8.

Таблица 8

ка к общей его длине более 0,7, т.е. 0,9, снижается степень сгущения осадка после второго и третьего напусков соот ветственно в 1,22 и 1,20 раз (табл. 8 строки 3 и 4) вследствие разбавления, сгущенного осадка предыдущего напуска у передней торцовой стенки резервуара (в месте отвода сгущенного осадка из резервуара) осадком последующих напусков.

Устройство для гравитационного сгу щения осадка работает следующим образом.

Осадок в резервуар 1 поступает самотеком иаотстойных сооружений. Напуск осадка осуществляют по авум грубопрово дам 9 подачи осадка, размещенным вдопь продопьных стен резервуара 1 на высоте от О;5 до О,6 его рабочей гпуб1гаы через перфорированные участки, распопоженные по внутренней горизонтапьной образующей трубопроводов 9 на участке от О,5 до .0,7 их длины от задней торцовой

стенки резервуара. Такое .размещение трубопроводов 9 подачи осадка с перфорапией, .10 при размещении трубопроводов отвода воды 11 и отвода сгущенного осадка 12 у передней торцовой стенки резервуара 1 обеспечивает максимальную степень сгушения осадка и высокое ка- чество осветпенной воды при техкопогичееком режиме накаппиванкя сгущенного осадка от нескопьких напусков благодаря предотврашеншо разбавления сгущенного осадка воэой порцией напускаемого в резервуар i исходного осадка. Это достигается за счет максимапьного удапения мест подачи осадка и отвода воды и

сгущенного осЕдка приводной механизм 4 перемещает цепной конвейер 3 с 5кест1со эакреппеннымй на нем плоскими рамами 5, оборудованными лопастями б и скребками 7, перемешивание осадка вертикапьными попастями 6 в виде трехгранной равнобоковой призмы с угпом между боковыми фронтальными гранями 8 от бО до 90 и соотношением расстояний между Ними в свету от до шириНЬ1 пюпастей б способствует интенсивной водоотдаче и сгушению осадка за счет агрегирования частиц осадка при процеживании его между перемегцаюшимЕн ся попастями 6, сжатия его структурной сетки и образования вертикальных канапов за лопастями 6, по которым поднимается вверх вода, ранее зашемпенная структурой осадка. Концентрация сгущен,ного осадаса увеличивается сверху вниз, Осадок придонного слоя постоянно,перемещают скребками 7 в приямок 2 и периодичесжи удаляют по трубопроводу от вода сгущенного осадка 12. Осветленную воду с верхнего уровня после окончания процесса сгушения перекачивают в гопову сооружений по трубопроводу отвода воды 11.

Предлагаемые способ и устройство цгея гравитационного сгущения осадка периодическим перемешиванием по сравнению с известным увеличивает степень сгушения осадка с 2,0-2,5 до 3,0-3,5 мас.% т.е. в 1э4-1,75 раз и сокращает продогокитепьность процесса -с 8-9 до 45 ч, т.е. в 1,6-2,2 раз за счет возможности перемешивать осадок во всем его обг-еме при постоянной скорости от 0,005 до 0,025 м/с с периодичностью от 120 до 210 Cj которое может быть осуществлено только в резервуаре прямоУ1-ч)пьной формы в плане и при перемеш вании осадка вертикальными лопастями, размещенными в плоских рамах жестко закреппенных на цепном конвейере.

Предлагаемое устройство для гравитациоаного сгущения осадка также дещевле известного, так как выполнение его в Бид(5 р&зервуара прямоугольной формы позвотает сократить производственные плоцади за- счет возможности компактного оазмещения нескольких резервуаров на длощадке водоочистной станции и уменьшить пг10)тадь павильона над устройством в 3-4 раза за счет утепления устройства грунтовым обвалованием и размещением J3 павильоне насос а.1х агрегатов и приводного механизма, снизить строительную стоимость за счет наличия общих стенок-у смежных резервуаров и примененш унифицкрованкы} строительных деталей вместо монолитного яселезобетона, а также протяженности подвод)ащих и от водящих коммуникаций

Ожидаемый общий годовой экономический эффект от максимального объема использования изобретения на станциях очистки природных вод поверхностных водоисточников составляет 8,5 млн. руб„