Способ обработки осадков

Свез Сфветскнк Сееалнстичвсиик Рвепубанк(61) Дополнительное к ввт, свид-ву(22) Заявлеио 16.1079 (21) 2828365/29-26с присоединением заявки Йо(51) М. Кл.з С 02 Р 1/20 Государственный комитет СССР ио делам изобретений . и открытий(72) Авторы . изобретения В,М.Любарский, А,И,федоров, Ю.Д.Браславский и Л.Н.Рынский Научно-исследовательский институт коммунального водоснабженияи очистки воды ордена Трудового Красного Знамени Академиикоммунального хозяйства нм. К.Д.Памфилова(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ Изобретение относится к обработке осадков, образующихся в.процессе очистки природных и сточных вод.Известен способ улучшения водоотдающей способности осадков природных и сточных вод путем их периодического замораживания и оттаивания с помощью теплообменных элементов (1.Недостатки известного способа- работа установок в циклическом режиьв, их высокая металлоемкость, значительные непроизводительные расходы , электроэнергии на периодическое нагре. ванне и охлаждение металлоконструкций.НаиболеЕ близким по технической сущности к предлагаемому является способ выделения жидкости из гелеобраэного осадка, который включает замораживание гелеобразного осадка слоями 3-5 мм иа охлаждаемой поверхности вращающегося барабана, удаление эамо роженного осадка с поверхности барабана " уйк,е Жной 3-5 оттаивание чешуек замороженного осадка в плавителе за счет исиользоваиия в основном тепла Фазовых переходов, гравитационное разделение жидкой и твердой фазы осадка с осаждением твердой Фазы на гравийном балласте, находящем- Зф ся в нижней части плавителя, постбянный отвод жидкой Фазы (воды) из плавителя через гравийный балласт, периодическое удаление гравийного балласта вместе с твердой Фазой осадка кзплавителя (2),Недостатками известного способаявляются отсутствие технологическихпараметров процесса замораживания,обеспечивающих разрушение коллоиднойструктуры осадка и улучшение его водоотдающей способности отсутствиетехнологических параметров процессаплавления замороженного осадка, чтоможет привести к рассогласованню этапов замораживания и плавления осадкаво времени и, соответственно, к нарушению непрерывности технологическогопроцесса в целому отложение твердойФазы осадка на гравийном балдастеприводит к быстрой его кольматации ик необходимости периодической заменыгравийного балласта, что требует остановки технологического процесса обработки осадковт отложение твердойФазы осадка на гравийном балласте непозволяет обезвоживать осадок довлажности ниже 85-90,Известный способ дает лищь общеепредставление о технологии осуществления непрерывного тонкослойного замораживания осадка на барабанном льдогенераторе и последующего его оттаивания, В качестве характеристики ведения процесса замораживания указыва,ется толщина наносимого на поверхностьбарабана слоя осадка, равная 3-5 мм.В качестве характеристики веденияпроцесса плавления дается лишь размер чешуек замороженного осадка, поступающих на плавление, который равен 3-5 мм, 1 ОИсследования показывают, что процесс замораживания осадка нельзя характеризовать только толщиной наносимого слоя осадка, Этот параметр неявляется определяющим в процессе теплообмена и не будучи связан с рядомдругих параметров не обеспечивает необходимого улучшения водоотдающейспособности оттаявшего осадка. Требуемый эффект улучшения водоотдающей 2 Оспособности осадков, природных и сточных вод в процессе их тонкослойногозамораживания и последующего оттаивания может быть достигнут лишь при определенных условиях теплаобмена, характеризуемых плотностью тепловогопотока. Приемлемые диапазоны плотности теплового потока определяются типом обрабатываемого осадка.Цель изобретения - устранение указанных недостатков и снижение влажности обезвоженного осадка,Указанная цель достигается тем,что способ обработки осадков осуществляют путем непрерывного тонкослойного замораживания осадков на теплообменной поверхности при плотноститеплового потока от 500 до 10000 Вт/м,отделения замороженного осадка, плавления, гравитационного разделениятвердой и жидкой фаз и удаления их 40из плавителя, причем плавление осуществляют при плотности теплового потока от. 20 до 30000 Вт/мНаилучшие результаты по обезвоживанию осадков природных вод (осадки 45минерального происхождения) получают,если замораживание ведут при плотности теплового потока в пределах 10000-1000 Вт/м , а для осадков сточныхвод (осадки орган.еского происхождения) в пределах 5000-500 Вт/м . Приэтом влажность обезвоженного осадкадостигает 50-80.Способ тонкослойного замораживания осадка должен, обязательно включать параметры ведения технологического процесса, обеспечивающие необходимую степень улучшения водоотдачидля основных типов обрабатываемыхосадков,.Экспериментальные данные исследо- ц)ваний по влиянию плотности тепловогопатока при замораживании на свойстваосадков приведены в табл. 1,Пооцесс плавления осадка необходимо вести при плотности теплового по тока, исключающей воэможность накоп-,ления замороженного (не оттаявшего)осадка в системе. Замороженный осадок срезают с теплообменной поверхности и отводят вплавитель, где его оттаивают с помощью теплоносителя, например, принепосредственном контакте с водой,подогреваемой в конденсаторе холодильной машины, Плотность теплового потока при плавлении поддерживают в диапазоне от 20 до 30000 Вт/м, Меньшиезначения плотности теплового потокаприменяют для плавления мелких чешуек замороженного осадка, а большиезначения - для больших кусочков осадка,Получение требуемых значений плотности теплового потока при плавлениидостигают регулировкой температурыводы и изменением коэффициента теплоотдачи, с учетом размеров среэаемыхчастиц замороженного осадка, которыепрактически находятся в пределе от10-4 до 10 2 и.Замораживание ведут при следующихзначениях параметров, определяющихплотность теплового потока:Коэффициент теплоотдачихладоагента, Вт/м К 10-10Температура хладоносителя,К 75-272Термическое сопротивлениестенки, м. К/Вт 2,5 10 -5. 10Толщина замораживаемогослоя, м 10 -10Температура кристаллизации осадка, К 263-273Коэффициент теплопроводности осадка, Вт/м К 1,9-2,3Оттаивание ведут при следующихзначениях параметров, определяющихплотность теплового потока:Температура воды, К 273-303Коэффициен теплоотдачиводы, Вт/м К 0,5-6000П р и м е р 1, Осадки природныхи сточных вод замораживают на роторном горизонтальном льдогенераторе,Теплопередающая стенка выполнена изстали толщиной 13,5 мм , Термическоесопротивление стенки равно В3-10 м . К/Вт,Внутренняя поверхностьстенки орошается аммиаком с температурой Т=250 К,Интенсивность орошенияобеспечивает величину коэффициентатеплоотдачи 10000 Вт/ м К. Толщинуэамораживаемого осадка поддерживаютравной 4 мм, температуру кристаллизации осадка - 273 К, коэффициенттеплопроводности осадка - 2,2 Вт/мюК,При данных условиях плотность теплового потока составляет 10410 Вт/м2П р и м е р 2, Осадки природныхи сточных вод замораживают на роторном горизонтальном льдогенераторе,Условия замораживания по примеру 1изменяют следующим образом: толщинаосадка 1 мм и Тх = 258 К, ОстальнЫеданные такие же, как в примере 1.При заданных условиях плотность теплового потока составляет 9820 Вт/м П р.и м е р 3, Осадки природных 5и сточных вод замораживают на роторном.горизонтальном льдогенераторе,Теплопередающая стенка выполнена изстали толщиной 22,5 мм, Термическорсопротивление стенки равно В=5 10 м 0К/Вт, Внутренняя поверхность стенки.орошается аммиаком с температуройТ =258 К, Интенсивность орошения обес.печивает величину коэффициента теплоотдачи 400 Вт/ м К. Толщина эамораживаемого слоя осадка 1 мм, температура кристаллизации осадка 273 К,коэффициент теплопроводности осадка2,2 Вт/(м К), При данных условияхплотность теплового- потока составляет 4644 Вт/мд-,Контроль эа изменением водоотдающей способчости осадков осуществляютфильтрованием 100 мл оттаявшего осадка на наливной воронке Бюхнера привакууме 400 мм рт,ст, 25Данные экспериментов представленыв табл, 2,Из табл. 2 видно, что водоотдающаяспособность осадков улучшается, еслизамораживание ведут при плотности теп ловых потоков, не превышающих допустимых значений, В известном способеоптимальной толщиной, обеспечивающейулучшение водоотдающей способности,является слой замораживаемого осадка 35в 4 мм, В то же время приведенные данные показывают, что замораживание осадка такой толщины при принятых условиях не обеспечивает улучшения водоотдающей способности осадка, т.е. толшина слоя осадка не является единственным параметром ведения процесса замораживания,П р и м е р 4, Осадок эамораживают в условиях, соответствующих принятым в примере 1, Плавление осадка осуществляют при температурном напоре 15 К и коэфициенте теплоотдачи 100 Вт/ /м 2 К, Определяющий размер среэаемых частиц замороженного осадка принят по известному,. способу и равен 4 мм. Теплота плавления осадка составляет 334000 Дж/кг, плотность замороженного осадка - 98 кг/м и плотность воды - 1000 кг/м . Определяют возможность накопления замороженного осадка в плавителе. Продолжительность замораживания осадка 126 с, необходимая для плавления осадка плотность теплового потока равна 3180 Вт/мЯ. Плотность теплового потока, подвСримого водой, составляет 1500 Вт/мТак как плотности теплового потока подводимого водой, не достаточно для плавления всего осадка, то в плавителе происходит накопление замороженного осадка, и, следовательно, непрерывность процесса нарушена,Для обеспечения своевременного плавления осадка коэффициент теплоотдачи при 15 К должен составлять 212 Вт/мК. Оттаявший осадок отводят из плавителя на обезвоживание, например, навакуум-Фильтр, без остановки процессов замораживания и оттаивания,В предлагаемом способе по сравне-нию с известным осуществление процесса замораживания при допустимой плотности теплового потока гарантируетполное разрушение коллоидной структуры осадка процесс плавления осадкаосуществляется быстрее, чем его замораживание; удаление осадка иэ плавителя для обезвоживания позволяет вести процесс замораживания-оттаиванияосадка непрерывно, беэ остановки агрегата,1 1 1Ьф 1 о 1 8 ю 1 1 Це 1 1 0 е 1 О а 1 ф х 1 Оф 1 ОЗ ф 1 Иф 1 ОжФ1ОаО 1 а 1й1 а 1 ДфН 1 : Е н фа це КТО Оаф а 1 11 1 о о о о о о о о о о о о о о о в л о о и м л л е о о о о оО О О О О Оо о о о о оф е ю м е м оо о о о О О О О и ф ю вОо 1 ХХ ЮОО й МЦ О Ю о о о 8оен о аЖО 1о 1 А а о ц н 1 ф 6. М ни оц од анц цн оо оо хоу ао 1 ОЦЫ ИЗ12 833586 Формула изобретения Составитель Г,ЛебедеваРедактор В,Матюхина Техред М. Голинка Корректор Н,Швыдкая Заказ 3911/21 Тираж 1007 Подписное ВЧИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Способ обработки осадков, включающий,непрерывное тонкослойное замораживание осадков на теплообменной поверхности, отделение замороженного осадка от теплообменной поверхности, плавление, гравитационное разделение твердой и жидкой фаз и удаление их из плавителя, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью снижения влаж ности осадка, замораживание ведутпри плотности теплового потока от, 500 до 10000 Вт/м 1, плавление - приплотности теплового потока от 20 до30000 Вт/М5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Г 111 га 1 оп апд ЯеракаС 1 опф,т, 61969, М 4, с, 383-398,2. Патент ФРГ В 1809772,кл, 12 д 1/011972.