способ концентрирования водной суспензии взвешенных веществ

Формула изобретения

1. Способ концентрирования водной суспензии взвешенных веществ, включающий гравитационное отстаивание в открытом гидроциклоне с тангенциальным подводом водной суспензии и отводом воды через верхнюю переливную кромку в сборный желоб цилиндра гидроциклона, отличающийся тем, что концентрирование в открытом гидроциклоне осуществляют с подводом водной суспензии со скоростью не менее 1 м/с при времени ее пребывания в сооружении не более 1,5 ч, ввод суспензии производят на уровне нижней трети цилиндрической части открытого гидроциклона под ершовой насадкой из вертикально установленных ершей, содержащих модифицированные флокулянтом полимерные волокна, заполняющей две трети цилиндра гидроциклона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для заполнения двух третей цилиндрической части открытого гидроциклона используют смесь полимерных волокон, включающую 30% по весу супертонких химволокон диаметром 15 мкм и 70% по весу мононитей диаметром от 0,2 до 0,6 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам уплотнения, сгущения или концентрирования механических примесей природных и сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, в различных отраслях промышленности для снижения влажности выделяемых осадков природных и сточных вод.

Задача изобретения - снижение влажности уплотненного осадка для широкого круга механических примесей природных и сточных вод.

Известно использование флотации для сгущения водных суспензий механических примесей [1]. Известный способ имеет недостатки, связанные с необходимостью гидрофобизации гидрофильных частиц, и достаточно большие энергетические затраты на внесение и измельчение пузырьков воздуха или другого газа.

Известно применение барабанных сгустителей [1] для концентрирования водных суспензий механических примесей, использующих реагенты и присадочные вещества для улучшения водоотдающих свойств водных суспензий при сцеживании воды из них через фильтровальную перегородку. Этот способ требует сложного обслуживания, больших эксплуатационных затрат, что обусловило незначительное его применение в практике сгущения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ концентрирования взвешенных примесей в открытом гидроциклоне с подачей сточной жидкости тангенциально в цилиндрическое пространство и отводом осветленной воды через верхнюю переливную кромку цилиндра в лоток [2].

Недостатками этого способа являются высокая влажность уплотняемого осадка, применимость способа для ограниченного круга примесей воды.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного способа с целью снижения влажности уплотненного осадка для более широкого круга примесей воды.

Поставленная задача решается тем, что ввод сгущаемой суспензии в открытый гидроциклон производится со скоростью не менее 1 м/с в нижнюю треть высоты цилиндра резервуара гидроциклона расходом, обеспечивающим не более чем 1,5-часовое пребывание суспензии в резервуаре, а верхние две трети объема цилиндра заполняют вертикально установленными ершами из полимерных волокон, модифицированных флокулянтом, соответствующим механическим примесям водной суспензии. При этом для заполнения резервуара используются ерши из смеси полимерных волокон 30% по весу супертонких химических волокон лавсана или капрона диаметром 15 мкм и 70% по весу мононитей капрона диаметром от 0,2 до 0,6 мм с шагом установки ершей в плане зеркала воды открытого гидроциклона, равном 4/3 диаметра ерша.

Способ поясняется схемой сооружения с планом и поперечным вертикальным разрезом (чертеж) и описанием его работы и параметром реализации способа.

Схема включает: резервуар 1 открытого гидроциклона, трубопровод подачи 2 исходной водной суспензии механических примесей природных или сточных вод; стержни 3 полимерных ершей, переливную кромку 4 верха цилиндрической части гидроциклона, сборный желоб 5, трубопровод отвода 6 осветленной воды, трубопровод отвода уплотненного осадка 7, трубопровод подачи воздуха 8 в барботеры 9.

Предложенная схема работает следующим образом.

Водная суспензия механических примесей по трубопроводу подачи 2 тангенциально со скоростью не менее 1 м/с вводится в резервуар 1, закручивая объем жидкости внутри резервуара за счет воздействия сил вязкости жидкости и кинетической энергии поступающего потока.

Размещение ввода водной суспензии на высоте одной трети от низа цилиндра открытого гидроциклона под ершовой насадкой обусловлено двумя причинами. Главная причина - необходимость приведения во вращение всего объема жидкости внутри открытого гидроциклона. Так как только при движении жидкости проявляются возможности ершовой насадки по концентрированию суспензии механических примесей в пространстве, занимаемом волокнами ершей.

Другой причиной является размывание уже сконцентрированных примесей на ершах струей жидкости, если струя будет находиться внутри ершовой насадки.

Располагать ввод ниже по цилиндру резервуара, чем одна треть его высоты, нецелесообразно, так как энергия потока поступающей жидкости рассеивается и не достигает верхних участков объема цилиндра, а отсутствие движения жидкости между ершей снижает полезное их использование для концентрирования суспензии.

Механические примеси с объемным весом больше объемного веса воды опускаются в коническую часть резервуара, а остальные вместе с жидкостью перемещаются по спирали к выходной кромке 4 верха цилиндрической части гидроциклона. При движении водной суспензии по спирали вода и примеси наталкиваются на неподвижные стержни 3 полимерных волокнистых ершей. Вследствие предварительной в случае необходимости модификации поверхностных свойств волокнистых ершей флокулянтами или присадками механические примеси взаимодействуют с развитой модифицированной поверхностью волокон, происходят их адгезия и прочное удерживание. Вода, освобожденная от примесей, уходит через не более чем 1,5-часовое время через переливную кромку 4 в сборный желоб 5 и далее по трубопроводу отвода 6 осветленной воды на дальнейшую обработку.

Поскольку стержни 3 полимерных ершей отстоят друг от друга на расстоянии 4/3 своего диаметра, то даже при полном залипании всего объема внутри стержня ерша механическими примесями протоку воды стержни 3 не препятствуют, и вращение, и движение по спирали концентрируемой водной суспензии не прекращается, но наблюдается увеличение выноса взвешенных веществ с осветленной водой. При наступлении такого момента, когда эффективность задерживания взвесей резко снижается, отключают подачу 2 водной суспензии в резервуар 1, включают подачу воздуха 8 в барботеры 9 и открывают запорную арматуру на трубопроводе отвода осадка 7.

После снижения уровня жидкости в резервуаре 1 до оси трубопровода подачи 2 водной суспензии сброс осадка прекращают и начинают подачу новой порции уплотняемой водной суспензии.

При первом сбросе осадка его влажность достаточно высокая, но уже при втором сбросе и при последующих влажность осадка снижается до 97-96%, что соответствует предъявляемым требованиям и на 1-2% ниже, чем при сгущении осадков по прототипу.

Время пребывания жидкости в открытом гидроциклоне составляет 1,0-1,5 часа, что в 10 раз меньше, чем в илоуплотнителе - прототипе.

Электроэнергия при таком способе концентрирования водных суспензий механических примесей природных и сточных вод не используется, а движущие механизмы отсутствуют.

Заполнение полимерными ершами 2/3 цилиндрической части открытого гидроциклона обусловлено тем, что сгущение взвесей происходит практически только в ершах, и объем, занимаемый ими, должен быть равен объему жидкости под ним, т. е. конической части и нижней трети объема цилиндра. После первого сброса осадка уплотненная взвесь с ершей опустится в коническую часть и нижнюю треть цилиндра и уже при втором опорожнении обусловит влажность уплотненного осадка. Грязеемкость полимерных ершей с 30%-ным содержанием супертонких химических волокон диаметром 15 мкм составляет 1000 г/м. В 1 м³ объема помещается 36 м ершей, поэтому концентрация взвешенных веществ в ершах достигает 36 кг/м³, что обеспечивает их влажность 96,4%.

Ограничения по скорости ввода водной суспензии в открытый гидроциклон и времени пребывания в нем осветляемой жидкости обусловлены необходимостью поддержания в пространстве, занятом ершами, скорости омывания волокон, обеспечивающей наведение поверхностного заряда, способствующего адгезии и прочному удерживанию механических примесей природных или сточных вод.

Анализ выявленных отличительных от прототипа признаков показал, что такие или сходные с ними признаки в известных технических решениях с проявлением тех же свойств не обнаружены, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ соответствует критерию "существенные отличия".

Заявляемая совокупность существенных признаков позволяет получить новый, более высокий результат, выражающийся в обеспечении значительного концентрирования механических примесей природных или сточных вод при меньшем (в 10 раз) времени уплотнения и отсутствии затрат электроэнергии и движущихся в воде механизмов и устройств, простой эксплуатации сооружений по сгущению водных суспензий.

Заявляемый способ соответствует критерию "новизна", поскольку имеется совокупность существенных отличий в нем от известных технических решений.

Эффективность способа можно проследить на примере.

Пример 1.

Иловая смесь из вторичных радиальных отстойников канализационной очистной станции с аэротенками - вытеснителями поступает на сгущение перед механическим обезвоживанием с концентрацией активного ила 6,8 г /л.

Перед использованием радиальных илоуплотнителей со стержневыми мешалками достигнута влажность уплотненного активного ила 97,3% за 10 часов уплотнения. Мощность электродвигателя на вращении фермы - 3 кВт.

Сгущение в илоуплотнителе сгущаемым способом произошло в течение часа до влажности 96,4% без использования электроэнергии.

Пример 2.

Промывные воды скорых песчаных фильтров водопроводной очистной станции с концентрацией взвешенных веществ в среднем 0,89 г /л поступают на уплотнение перед механическим их обезвоживанием на фильтр-прессах.

Гравитационное уплотнение с добавлением полиакриламида дозой 3,0 мг/л и перемешиванием суспензии стержневыми мешалками обеспечило снижение влажности осадка до 98% за 5 часов уплотнения.

При использовании предлагаемого способа и дозировании такого же количества полиакриламида сгущение суспензии до влажности 97% осуществлено за 0,75 часа.

Источники информации

1. Инженерное оборудование зданий и сооружений. Энциклопедия, гл. редактор С.В. Яковлев. - М.: Стройиздат, 1994, - с.450-452.

2. Н.С. Торочешников и др. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1981, с.160-162.