Способ гравитационного сгущения осадка и устройство для его осуществления

(54) СПОСОБШЕНИЯ ОСАДКЕГО ОСУЩЕСТ(57) 1. Способосадка путем пеюшийсяния степени сгушдопжитепьностиведут при постодо 0025 м/сдо 210 с. нно дик ой садокещеьу 1 г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(72); Э.А. Прошин, В. Д. Рахамимов, М.Ш. Файцонд, И, Э,Апепьцин и Г,Д. Павпов (71) Всесоюзный научно-исспедоватепьский институт водоснабжения, канапизации гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеопогии(56) 1 Авторское свидетепьство СССР М 919700, кп, В 01 Р 21/00, 1.08.792, Авторское свидетепьство СССР Ж 627088, кп. С 02 Р 11/00, 1976.. Справочник проектировщика. Канапизация насепенных мест и цромышпенных предприятий. М Стройиздат, 1981, с. 19.4. Справочник монтажника. Оборудование водопроводно-канапизационных соору жений. М., Стройиздат, 1979, с. 100-1015. Авторское свидетепьство СССР % 623834, кп. С 02 Г 11/00, 1978.6. Авторское свндетепьство СССР М 802200, кп. С 02 Р 1/52, 1978,АВИТАБИОННОГО СГУИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ эЕНИЯ витационного сгущения ешивания, о т и и ч ачто, с цепью повышения и сокрашения про цесса, церемешиванией скорости от 0,005 риодичностью от 1202. Устройство дпя гравитационного сгущения осадка, содержащее корпус, перемешивающее устройство, включающее плоские рамы с вертикальными лопастями и скребками, трубопроводы для подачи осадка, отвода воды и сгущенного осадка,отличающееся тем, что перемешивающее устройство снабжено цепным конвейером с жестко эакреппенными на нем рамами и лопастями, выполненными в виде трехгранной равнобокой призмы с углом между боковыми фронтальными гранями от 60 до 90 о и установленными при соотношении расстояний между ними в свету от 1,5 цо 2,5ширины лопасти, корпус выполнен в вицерезервуара прямоугольной формы в планетрубопроводы подачи осацка размещенывдоль продольных стен резервуара на высоте от 0,5 до 0,6 его рабочей .глубинкии выполнены с перфорацией по внутренюйгоризонтальной образующей на участке от05 до 0,7 их длины задней торцовойстенки резервуара, а трубопроводы отводаводы и сгущенного осадка размещены упередней торцовой стенки резервуара.Изобретение относится к очистке водыа именно к гравитационному сгущениюосадков, образующихся при физико-химической очистке природных и сточных вод, 5и может быть использовано также вхимической технологии и при обогащенииполезных ископаемых,Известен способ гравитационного сгущения осадка осаждением и унпотнением Г 13.Недостатками известного способа являются крайне низкая степень сгущенияосадка, вследствие эащемления свободной воды его структурой и незначитепьная скорость водоотдачи агрегативно устойчивых частиц осадка.Известен таске способ гравитационного сгущения осадка путем попеременногосжатия половины его объема с оцновременным расширением другой его половины периодически сближающимися вертикальными сетчатыми перегородками сувеличивающейся сверху вниз проницаемастью Г 2 25Недостатком этого способа являетсянезначительная степень сгущения осацка,обусловленная различными условиямисжатия осацка при возвратно-поступательном движении сетчатой перегородки,30Наиболее близким по технической сущности и достщ"аемому результату к преп-пагаемому является способ периодического перемешивания при переменной скорости от нуля до О,ОЗ Ыс вертикальными 35попастямн вращающейся двухпучевой рамы 31,Недостатками известного способа яепяются;незначительная степень сгущения осадка, обусловленная неодинаковыми условиями перемешивания осадка, вследствиеизменения линейной скорости перемешивания лопастей от нуля до наибольшегозначения;недостаточная скорость сгущения осадка, обусловленная значительными интервалами времени между воздействиями наосадок перемешивающих лопастей вращающейся цвухпучевой рамы,Известно устройство дпя гравитационного сгущения осадка осаждением иуплотнением, выполнение в вице прямоугольного резервуара с устройством дляудаления осадка скребками, закрепленными на цепном конвейере 4,Недостатком этого устройства является крайне низкая степень сгущенияосадка, в связи с отсутствием конструктивных элементов для интенсификациипроцесса естественного гравитационногоогущения,Известно также устройство цця гравитационного сгущения осадка перемешиванием вращающимися лопастями, выполненными в виде желобов Г-образнойформы и установленными наклонно с подьемом к периферии Г 53 Нецостатком этого устройства является низкая степень сгущения осадка из-за отсутствия вертикальных элементов, обеспечивающих образование вертикальных каналов в осадке, необходимых цля выхода104воды, освобожденной от эашемпения .го структурой.Наибопее близким по технической сущности и достигаемому результату к предпагаемому является устройство, содержашее корпус в виде цилиндрического резервуара, снабженного перемешиваюшим устройством, вкпючаюшем врашаюшийся вап с с эакреппенными на нем ппоскими рамами с вертикальными попастями и скребками, О трубопроводами цпя подачи осадка, отвода воды и отвода сгущенного осадка, причем лопасти выпопнены в виде попу- цилиндрических обечаек с высотой, рав ной половине высоты резервуара Г 615,Недостатками известного устройства являются:недостаточная степень сгущения осадка, вследствие неодинаковых условий его перемешивания допастями при пиней ных,скоростях их вращения от нуля до наибольшего значения, а также вспедст вие прижатия осадка к тыпьной стороне лопастей;недостаточная скорость сгущения 25 осадка, обусповпенная значительными ин-тервапами времени между перемешиванием осадка попастями;необходимость в отчуждении значительной производственной ппошади, вследствие круглой в ппане формы исполнения езервуаров, не позвопяюшей компактно размешать их на ппошадке водоочистной станции;значительная строитепьная тоимос, 35 вызванная увеличенной протяженностью обспуживаюших коммуникаций, подводяших и отводящих трубопроводов и необходимостью возведения павильона над сгуститепями, а также повышенной по требностью в бетоне и металлоконструкциях, обусловленной отсутствием общих строитепьны х конструкций сопряженных резервуаров;сложность монтажа, обусповпенная необходимостью использования монолитного бетонирования при строитепьно-монтажных работах.Целью изобретения является увеличение степени сгушения осадка и сокращение продопжитепьности процесса. 9438 4Поставленная цепь достигается тем,что согласно способу гравитационногосгуц;ения осадка путем перемешивания,последнее ведут при постоянной скорости от 0,005 до 0,025 м/с с периодичностью от 120 до 210 с,Кроме того, в устройстве дпя гравитационного сгущения осадка, содержашем корпус, перемешиваюшее устройство,вкпючаюшее плоские рамы с вертикапыными лопастями и скребками, трубопроводы дпя подачи осадка, отвода воды исгущенного осадка, перемешиваюшее устройство снабжено цепным конвейером сжестко закреппенными на нем рамами ипопастями, выполненными в вице трехгранной равнобоковой призмы с угломмежду боковыми фронтальными гранямиот 60 до ОС и установненными при соотношении расстояний межцу ними в светуот 1,5 до 2,5 ширины лопасти, корпусвыполнен в виде резервуара прямоугопьной формы в плане, трубопроводы подачиосадка размещены вдопь продольныхстен резервуара на высоте от 0,5 до 0,6его рабочей глубины и выполнены с перфорацией по внутренней горизонтальнойобразуюшей на участке от 0,5 цо 0,7их длины от задней торцовой стенки резервуара, а трубопроводы отвода воды исгушенного осацка раэмешены у переднейторцовой стенки резервуара,При перемешивании агрегативно устойчивого осадка повышается его водоотцачаэа счет периодического разрушения егоструктуры и выделения вследствие этого,ранее эашемпе иной структурой осадкасвободной воцы,При этом перемешивание осадка спостоянной скоростью позволяет достигнуть равноценной степени воздействияна осадок во всем его объеме.Степень сгущения осадка определяетсяприростом его концентрации,Данные, свнаетепьствуюшие о цепесообразности сгушенця осадка ериодическимперемешиванием предложенным способом(при постоянной скорости) по сравнениюс известным (при переменной скорости),представлены в табл, 1. Продопжитепьность сгущения 4 ч.1049438 Табница 1 Природные во мапомутные ность (М) до 5 Д мг/и,0,0 средней мутности (М) от 50 до 250 мг/и 3 8,0-10 12 мутные (М) выше250 мг/и 1 8)О -20,0 3,0-15,очные воды: активный ип 01,5 4 Продолжение табл, 2 0,021 0,025 0,030 О 2)1 0,038 Как спедует табл. 2, при ум мешивания ниже степень сгущен статочной степе данных, шенин с иведенныости перео ц шае еме Пре Оосадка эффект кже ухудния осадк сообиое о це рвапов разност дич иост 5исходно костью концент 0,001 0,005 0,012 0,017 онцен раци вязи ма во 5 1 рапи ны в аас. 4 Приведенные в табл, 1 результаты свидетепьствуют об увепичении степени сгущения осадка перемешиванием в предложенном способе цо сравнению с извес нъ 1 м при одной и той же продопжитепьности 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 цри концентрации исходного осадка вязкостью 510-Па . с,0 масЛ и прод пжитепьности сгущения 4 ч приведены в абп, 2.Табпи а 2 0,005 м/с снижается ия осадка за счет недои воздействия на неговышение скорости пе выше 0,025 м/с та вспедствие взмучив ные, свидетепьствуюш и предпоженных инте и перемешивания прго осадка мапомут0 Па с и сгущенного осатабп. 3, 1049438,8 сгущенреанвй ии Ос. ент 3,2 мас. .На фиг. 1 преаля гравитационнпродольный разрА-А на фиг. 1;на фиг. 2; на ффиг. 3,Устройствощения осадка ввиде резервуар тавлено устрой ого сгущенияз; на фиг.на фиг. 3иг. 4 - сече осадка,- сечениеечение Б-Бе В-В на Попуцилина бечайки Трехгранны окне призмьвски 2,2 вно 55 0-3,Результаты, привеаенные в табл. 3показывают, что снижение периодичностиперемешивания менее 120 с приводит кувеличению продолжительности сгущенияосадка вследствие его взвешивания, тотже результат имеет место при увеличениипериодичности перемешивания выше 210 сэа счет тиксотропности осадка, т.е, способности осадка самопроизвольно восстанавливать свою структуру после прекращения .воздействия на него.П р и м е р 1 . Осадок поверхностных маломутных воа с исходной концентрацией 1,0 мас.% сгущают в предложенном устройстве. Периодическое перемешивание ведут при постоянной скорости,равной 0,005 м/с периодичностью 12Продолжительность сгущения 4 ч, Концрация сгущенного осадка 3,0 мас.%.П р и м е р 2. Процесс ведут аналогично примеру 1 с осадком поверхностных маломутных цветных воа исхоанойконцентрации 1,0 мас.% при постояннойскорости 0,015 м/с с периодичностью165 с. Концентрация сгущенного осадка3,5 мас,%,П р и м е р 3, Процесс ведут аналогично примеру 1 с осадком поверхностных маломутных цветных воа исходнойконцентрации 1,0 мас.% при постояннойскорости 0,025 м/с с периодичностью210 с. Концентрация сгущенного осадкао для гравитационного сгуключает в себя корпус в а 1 прямоугольной формь в плане с прнямком 2, цепной конвейер3 с приводным механизмом 4, жестко эакрепленные на цепном конвейере 3 плокие рамы 5 с размещенными на них вертикальными лопастями 6 и скребками 7,лопасти 6 в вице трехгранных равнобокихпризм с углом между боковыми фронотальными гранями 8 от 60 ао 90, трубопроводы 9 подачи осадка, размещенныевдоль продольных стен резервуара навысоте от 0,5 ао 0,6 его рабочей глубины и оснащенные перфорацией 10 повнутренней горкзонтальной образующей научастке от 0,5 ао 0,7 их длины от задней торцовой стенки резервуара, трубопоовоаы отвода воаы 1 1 и отводаного осадка 12, размещенные у пвторцовой стенки резервуара 1.Выполнение корпуса в виае резервуарапрямоугольной формы в плане позволяетприменить аля установки вертикальныхлопастей цепной конвейер, при атомобеспечивается постоянная скорость первмешивания осадка эа счет перемешиванияплоских рам, жестко закрепленных нацепном конвейере, прн его перемещенс постоянной линейной скоростью,Данные, подтверждающие увеличениестепени сгущения осадка в резервуаре ямоугольной формы, обеспечивающем перемешивание осадка с постоянной скоростью приведены в табл. 1 (столбец 5)Выполнение перемешивающих лопастей в виде трехгранной равнобокой призмы обеспечивает интенсивную воаоотаачу осадка за счет двухстороннего обтекания осадком лопастей при их перемещении без прилипания осадка к фронтальной поверхности лопасти вследствие соскальзывания и отсутствия вакуумного прижатия к ее тыльной поверхности.Сравнительные данные, свидетельствующие об увеличении степени сгущения осадка в зависимости от формы выполнения лопастей при концентрации исхоаного осадка 1,0 мас.% и прьаолжительности сгущения 4 ч приведены в табл.4.Таблица 4 Таким образом, аналкзируя табл. 4можно сделать вывод, что перемешива10 1049438 Табпица 6 Соотн стоя попас 05 ация сгу)садка,абпи,О 5 2О 0" 2 и по сравнению степень сгущецн 35 и ние осадка предпоженными вертикальными лопастями в виде трехгранной равнобоковой призмы увепичивает степень сгущения осадка с 2,2-2,7 до 3,0-3,5 мас,% т.е, в 1,29-3.,36 раэ. 5Данные, свидетельствующие о цепесообраэности выбора угпом между боковыми фронтапьными гранями перемешивающих попастей приведены в табл. 5.,Данные, приведенные в табп, 5, свидетепьствуют о том, что степень сгущения осадка перемешиванием вертикапьными лопастями снижается с уменьшением угпа между боковыми фронтальнымигранями ниже 60, за счет уменьшенияширины области воздействия лопасти наосадок.При увепичении угла междубоковымигранями выше 90 о будет иметь местоснижение степени сгущения осадка вспедствие образования непромешиваемой призмы осадка на фронтапьной поверхностипопастиоСоотношение расстояний в свету междупредложенными попастями составляет от1,5 до 2,5 ширины попасти. Образующийся при указанных соотношениях расстояний перепад уровней осадка перед и заперемешиваюшими попастями обеспечиваетэффективное сгущение осадка за счетстеснения живого сечения осадка при егопроцеживании между попастями.При расстоянии между попастями всвету менее 1,5 дот их ширины, областивоздействия попастей на осадок накпадываются друг на друга, осадок ппохо про-)цеживается между попастями, образуетсяспой осадка в виде сводника, не пере-.-.текающего в прозор между попастями и движущегося в направпении перемещения понастей,При расстоянии между попастями в свету бопее 2,5 от их ширины образуют ся участки непромешиваемого осадка.Зависимость степени сгущения осадка от соотношения расстояний между перемешивающими попастями приведена в табп, 6,Иэ табп, 6 спедует, чтошение, так и увеличениесоо расстояний между лопастямс предпагаемыми снижаетния осадка.Предлагаемое размещение трубопроводов подачи осадка вдоль продопьных стенрезервуара на высоте от 0,5 до 0,6 его гпубины и выполнение их с перфора ей по внутренней горизонтальной образующей на участке от 0,5 до 0,7 их длиныот задней торцовой стенки резервуара, атрубофюводов отвода воды и отвода сгущенного осадка у передней торцовойстенки резервуара позвопяет достигнуть максимальной степени сгущения осадка и повышения качества осветленной воды пртехнологическом режиме накапливания сгущенного осадка с единовременным его удапением из резервуара. Зто достигает ся предотвращением разбавления сгущенного осадка новой порцией исходного осад ка при последующих его напусках.Данные, свидетепьствующие 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 и треть- й ем не пусках равен объему уда пенноосветпенной воды,1049438 Та бп ица 7 КонценКонцентрация сгущенного осадкапоспе третьего наКонцентрация сгущенногоосадкапоспевторогонапускамасЛ Содержание взвешенных трациясгущенного веществ в осветпенной воае,мг/и осадкапосле пуска, масЛ первогонапуска, мас о 3,5 4,1 0,3 25,0 4,6 0,5 3,5 25,0 5,2 0,6 3,5 4,5 25,0 5,2 45,0,0,8 3,5 4,5 5,2 Как следует из данных, приведенных в табл. 7, размещение трубопроводов поаачи осадка на высоте меньше 0,5, т.е.0,3 от глубины резервуара снижает степень сгущения осадка при втором и третьем его напусках в резервуар из-эа разбавпения ранее сгущенного осадка, зале, гающего на указанной высоте.При размещении трубопроводов подачи осадка на высоте более 0,6, т.е, 0,8 от Таблица 8 30 Концентрация сгущенногоосадка посКонцентрация сгущенного Конце нтрация сгущенного осадка осадка послепервого напуска, масЛ после вторсго напуска,масЛ пе третьегона пуска,мас о 4,1 4,6 0,3 3,5 4,5 5,2 0,5 0,7 3,5 4,5 4,0 4,4 0,9 3,5 ка к общей его цпине бопее 0,7, т.е.0,9, снижается степень сгущения осадка после второго и третьего напусков соответственно в 1,22 и 1,20 раз (табп. 8 строки 3 и 4) вследствие разбавления. сгущенного осадка преаыцущего напуска у передней торцовой стенки резервуара (в месте отвода сгущенного осадка иэ резервуара) осадком поспецующих напусков,Данные, приведенные в табп. 8, свидетельствуютчто при соотношении длины перфорированного участка трубопровода поаачи осадка к обшей его цлине менее 0,5,т.е. 0,3 снижается степень сгущения осадка после второго и третьего напусков соответственно в 1,10 и 1,1 3 раз (табл. 8, строки 1 и 2) вспецствие неравномерности залегания сгу-щенного осадка по высоте резервуара, приводящей к его взмучиванию при последующих напусках.При соотношении дпины перфорированного участка трубопровоца подачи осааСоотношениевысоты размещения трубопроводовподачи осадка от рабочей глубинырезервуара Соотношение длины перфорированного участкана трубопроводе поаачи осадка с его общей Юлиной глубины резервуара достигается высокаястепень сгущения осадка, но при атомв 2,25 раз ухуцшается качество осветпенной воды (табл. 7, столбец 6). Данные, свидетельствующие о повышении эффективности сгущения осадка в зависимости от размещения перфорированного участка на трубопроводах подачи осадка, свецены в табл, 8. Устройство дпя гравитационного сгу щения осадка работает следующим образом, 1049438Осадок в резервуар 1 поступает самотеком изотстойных сооружений. Напуск осадка осуществляют по двум трубопроводам 9 подачи осадка, размещенным вдоль продольных стен резервуара 1 на высоте от 0;5 до 0,6 вго рабочей глубины через перфорированные участки, расположенные по внутренней горизонтальной образующей трубопроводов 9 на участке от 0,5 до 0,7 их длины от задней торцовой О стенки резервуара. Такоеразмещение трубопрсводов 9 подачи осадка с перфс рацией 10 при размещении трубопроводов отвода воды 1 1 и отвода сгущенного осадк 6 12 у передней торцовой стенки 15 резервуара 1 обеспечивает максимальную степень сгущения осадка и высокое ка чвство осветленной воды при технологическом режиме накапливания сгущенного , осадка от нескольких напусков благодаря 2 О предотвращению разбавления сгущенного осадка норой порцией напускаемого в резервуар 1 исходного осадка. Зто достигается за счет максимального удаления мест подачи осадка и отвода воды и 25 сгущенного осадка приводной механизм 4 перемещает цепной конвейер 3 с жестко эакреппеннымй на нем плоскими рамами 5, оборудованными лопастями 6 и скребками 7, пвремешиванив осадка вертикальными лопастями 6 в виде трехгранной равнобоковой призмы с углом между боковыми фронтальными гранями 8 от 60 до 80 и соотношением расстояний между ними в свету от 1,5 до 2,5 ширины лопастей 6 способствует интенсивной водоотдаче и сгущению осадка за счет агрегирования частиц осадка при процеживании вго между перемещающимися лопастями 6, сжатия во структурной 40 сетки и образования вертикальных каналов эа лопастями 6, по которым поднимается вверх вода, ранее защемленная структурой осадка. Концентрация сгущенного осадка увеличивается сверху вниз. Осадок придонного слоя постоянно;перемещают скребками 7 в приямок 2 и периодически удаляют по трубопроводу от вода сгущенного осадка 12. Осветленную воду с верхнего уровня после окончания процесса сгущения перекачивают в фголову сооружений по трубопроводу отвода воды 11.Предлагаемые способ и устройство дпя гравитационного сгущения осадка периодическим перемешиванием по сравнению с известным увеличивает степень сгущения осадка с 2,0-2,5 до 3,0-3,5 мас.% т.е. в 1,4-1,75 раз и сокращает продолжительность процесса -с 6-9 до 4- 5 ч, т.е, в 1,6-2,2 раз за счет воэможности перемешивать осадок во всем его объеме при постоянной скорости от 0,005 до 0025 м/с с периодичностью от 120 до 210 с, которое может быть осуществлено только в резервуаре прямоугольной формы в плане и при перемешивании осадка вертикальными лопастями, размещенными в плоских рамах жестко закрепленных на цепном конвейере.предлагаемое устройство дпя гравитационного сгущения осадка также дешевле известного, так как выполнение его в виде резервуара прямоугольной формы позволяет сократить производственные ппоцади за счет воэможности компактного измещения йескопьких резервуаров на площадке водоочистной станции и уменьшить площадь павильона над устройством в 3-4 раза за счет утепления устройст ва грунтовым обвалованием и размещением в павильоне насосных агрегатов и приводного механизма, снизить строительную стоимость эа счет наличия общих стеноку смежных резервуаров и применения унифицированных строительных деталей вместо монолитного железобетона, а также протяженности подводящих и отводящих коммуникаций.Ожидаемый общий годовой економичеокий эффект от максимального объема использования изобретения на станциях очистки природных вод поверхностных водоисточников составляет 8,5 мпн. руб