УСТАНОВКА ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ОСАДКОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области уплотнения осадков, образующихся при очистке сточных вод, а более конкретно, к установкам для уплотнения осадков, образующихся при очистке поверхностных и нефтесодержащих сточных вод, в том числе производственных.
Известно сооружение для уплотнения осадков, образующихся при очистке сточных вод, состоящее из регулирующей емкости с насосом для перемешивания осадков в течение 5 минут, площадки для уплотнения осадков посредством гравитационного статического осаждения в течение 1,2 часа при соотношении высоты слоя осадка к высоте слоя отделенной воды в емкости - 0,06:0,4 и колонки осветления нефтесодержащей воды; влажность уплотненного осадка, не содержащего нефти, составляет 30-30,2% (см. патент RU №2074129, МПК C02F 11/12 от 26.07.95 г., опубл. 27.02.97 г., БИ №6).
Недостатком известного сооружения является сложность конструкции, обусловленная наличием узла перемешивания, площадки для уплотнения осадков и колонки осветления воды, затраты электроэнергии на работу насоса, а так же сложность эксплуатации в связи с необходимостью контроля для поддержания в регулирующей емкости требуемого соотношением высоты слоя осадка и воды.
Известна установка для уплотнения осадков, образующихся при очистке сточных вод различного состава, состоящая из круглого в плане корпуса, оснащенного центральными патрубками подачи уплотняемой суспензии в верхней части корпуса и отвода уплотненного гравитационным осаждением осадка в нижней части последнего; корпус оснащен переливной периферийной перегородкой, образующей между последней и внутренней стенкой корпуса камеру осветленной воды, и поворотным механическим мостом-скребком для сдвига уплотненного осадка к патрубку его отвода, при этом донный скребок выполнен пластинчатым, в виде «жалюзи», а корпус у своей верхней кромки оснащен патрубком отведения осветленной воды (см. «DEGREMONT», «Технический справочник по обработке воды», «Новый журнал», г.Санкт-Петербург, 2007 г., с.1173-1174).
Недостатком известной установки является сложность ее конструкции, связанная с наличием механического моста-скребка, высокая влажность уплотненных осадков - 90-96%, высокие удельные затраты электроэнергии - 5-10 кВт-ч/тонну сухого вещества.
Известна установка для уплотнения осадков, наиболее близкая по назначению и технической сущности к заявляемой, состоящая из прямоугольного в плане открытого корпуса-контейнера, оснащенного аналогичной конфигурации сменным вкладышем из прочного материала - брезента или полиэстера с поперечными перегородками по всей его длине, разделяющими весь объем вкладыша на ряд последовательных камер, обеспечивающих попеременное восходящее и поворотное движение уплотняемых осадков, а так же петлями повышенной прочности для извлечения вкладыша из контейнера; верхние кромки вкладыша расположены ниже верхних кромок контейнера, последний имеет напорный трубопровод для ввода уплотняемого осадка и патрубок для отведения осветляемой воды (см. патент US №7438803, МПК B01D 21/02 с приоритетом 08.05.07 г., опубл. 21.10.08 г., ИСМ, вып.011, №21).
Недостатками известной установки являются:
- высокая влажность уплотненного осадка, обусловленная наложением восходящего движения исходного влажного осадка через слой уплотненного осадка на процесс гравитационного статического уплотнения, составляющая по воспроизведенным данным 93-96%;
3
- невысокая степень осветления воды (содержание взвешенных веществ более 50 кг/м) в результате восходящего движения ее в первой и последней камерах вкладыша с уменьшенными в плане площадями по сравнению со всей площадью вкладыша; в этом случае уменьшается продолжительность отстаивания и возрастает скорость осаждения, приводящая к выносу частиц с малой гидравлической крупностью. В силу вышеизложенного будет увеличиваться нагрузка на очистные сооружения;
- сложность конструкции из-за необходимости укомплектования установки подъемным механизмом для извлечения вкладыша и его перегрузки в транспортное средство;
- необходимость постоянной замены вкладыша на новый.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение влажности уплотненного осадка поверхностных и нефтесодержащих сточных вод при одновременном повышении степени осветления отделенной воды, упрощение конструкции и упрощение эксплуатации установки.
Технический результат достигается тем, что в установке для уплотнения осадков, образующихся при очистке сточных вод, состоящей из прямоугольного в плане, открытого корпуса-контейнера с напорным трубопроводом для ввода осадка и патрубком для выведения отфильтрованной воды, корпус оснащен двумя многослойными плоскими фильтрационными мембранами, каждая из которых выполнена из наружного, трех промежуточных и поддерживающего слоев, при этом наружный и поддерживающий слои толщиной 10-20 мм выполнены из пористого износостойкого материала с размером пор 50-100 мкм, а промежуточные слои - из волокнистого полипропилена с размером пор 40-10 мкм с уменьшением в два раза диаметра пор каждого последующего слоя по ходу фильтрационного потока, многослойные плоские фильтрационные мембраны, закрепленные на опорных рамах, размещены вдоль продольных стенок корпуса с зазором по отношению к его внутренним стенкам с образованием камер отфильтрованной воды, центральный напорный трубопровод для ввода осадка опущен до верхнего уровня последнего, а парные патрубки для выведения отфильтрованной воды смонтированы по обеим сторонам нижней кромки одной из торцевых стенок корпуса, противоположная торцевая стенка корпуса выполнена разъемной, в виде раскрывающихся створок для выгрузки уплотненного осадка, причем патрубки для выведения отфильтрованной воды оснащены запорными устройствами.
В предлагаемой установке для уплотнения осадков, образующихся при очистке сточных вод, наружный и поддерживающий слои многослойных плоских фильтрационных мембран могут быть выполнены из пористого полиэтилена, пористого полимербетона или пористой керамики.
На фиг.1 представлена установка для уплотнения осадков, образующихся при очистке сточных вод.
На фиг.2 - структура многослойных плоских фильтрационных мембран.
Установка для уплотнения осадков, образующихся при очистке сточных вод, состоит из:
прямоугольного в плане открытого корпуса-контейнера 1, центрального напорного патрубка для ввода осадка 2, опущенного до верхнего уровня последнего, парных патрубков для выведения отфильтрованной воды 3, размещенных по обеим сторонам нижней кромки одной из торцевых стенок 4 контейнера 1, двух съемных многослойных плоских фильтрационных мембран 5, закрепленных на опорных рамах, выполненных из уголков 6, и состоящих из наружного 7, трех промежуточных 8 и поддерживающего 9 слоев, при этом наружный 7 и поддерживающий 9 слои толщиной 10-20 мм выполнены из износостойких материалов, например, из пористого полиэтилена с размером пор 50-100 мкм, а промежуточные слои 8 - из волокнистого полипропилена с размером пор 40-10 мкм с уменьшением в два раза диаметра пор каждого последующего слоя по ходу фильтрационного потока. Каждая из многослойных плоских фильтрационных мембран 5 размещена вдоль продольных стенок 10 контейнера 1 с зазором по отношению к соответствующей продольной стенке 10 корпуса 1, образуя камеру сбора отфильтрованной воды 11. Одна из торцевых стенок 12, противоположная торцевой стенке 4 с патрубками для выведения отфильтрованной воды 3, выполнена разъемной с раскрывающимися створками для выгрузки уплотненного осадка, а патрубки для выведения отфильтрованной воды 3 оснащены запорными устройствами 13.
Установка для уплотнения осадков, образующихся при очистке сточных вод, работает следующим образом:
3
влажный осадок, образующийся при очистке поверхностных и производственных нефтесодержащих сточных вод влажностью 95-98%, суммарным содержанием сухого вещества и нефтепродуктов 4-35% и объемной массой 1015-1200 кг/м из локальных очистных сооружений перекачивают в открытый корпус-контейнер 1 через центральный напорный трубопровод введения осадка 2, опущенный до верхнего уровня последнего. После заполнения корпуса осадком в нем протекают одновременно два процесса: статическое гравитационное уплотнение осадка и фильтрование освободившейся воды через многослойные плоские фильтрационные мембраны 5.
Движущей силой процесса разделения осадка является давление столба влажного осадка перед многослойными плоскими фильтрационными мембранами 5, выполненными из наружного 7 и поддерживающего 9 слоев с размером пор 50-100 мкм, толщиной 10-20 мм из износостойких (стойких к истирающему воздействию твердых частиц осадка) материалов, и трех промежуточных слоев 8 фильтрующей ткани из волокнистого полипропилена с размером пор 40-10 мкм с уменьшением в два раза диаметра пор каждого последующего слоя по ходу фильтрационного потока. При этом наружный и поддерживающий слои выполнены из таких износостойких пористых материалов как полиэтилен, полимербетон и керамика. Поддерживающий слой многослойных плоских фильтрационных мембран служит внутренней опорой для промежуточных слоев ткани и буферной перегородкой, уменьшающей проникновение твердых частиц осадка в отфильтрованную воду.
Выбор материалов наружного и поддерживающего слоев обусловлен соображениями износостойкости и работоспособности конструкции с предлагаемыми диаметрами пор. Диаметр пор наружного слоя обоснован необходимостью задержания частиц осадков с размерами не менее 50-100 мкм, доля которых в осадке поверхностных и производственных нефтесодержащих сточных вод достигает 80% и более.
Интервалы соотношения размеров пор промежуточных слоев плоских фильтрационных мембран выбраны из расчета обеспечения постепенного снижения нагрузки по сухому веществу и нефтепродуктам на последующие слои и увеличения числа циклов загрузки влажных осадков в установку до промывки мембран.
При уменьшении диаметра пор каждого последующего слоя по ходу фильтрационного потока более чем в 2 раза увеличивается толщина слоя осадка, задерживаемого на каждом последующем слое, и возрастает сопротивление при проходе потока отфильтрованной воды. Уменьшение диаметра пор менее чем в 2 раза приведет к увеличению количества слоев или к увеличению содержания взвешенных веществ в отфильтрованной воде.
Данные, свидетельствующие о зависимости влажности уплотненного осадка и степени осветления воды от структуры многослойных плоских фильтрационных мембран приведены в таблице №1.
Процесс фильтрации «освобождающейся» воды через мембраны 5 прекращается после установления практически постоянной высоты слоя уплотненного осадка в корпусе-контейнере 1. Отфильтрованная вода собирается в камере сбора отфильтрованной воды 11 и отводится через парные патрубки для выведения отфильтрованной воды 3, размещенные по обеим сторонам нижней кромки одной из торцевых стенок 4 корпуса 1 и снабженные запорными устройствами 13, например, шаровыми кранами, в голову очистных сооружений в самотечном режиме. После перекрытия кранов уплотненный осадок перевозят на объект для размещения отходов, внесенный в Государственный реестр, и выгружают путем открытия раскрывающихся створок торцевой стенки 12, противоположной торцевой стенке 4 с патрубками для вывода отфильтрованной воды 3 корпуса-контейнера 1.
Таблица 1
Структура мембран, их материал и параметры
Влажность уплотненного осадка, %
Содержание взвешенных веществ в отфильтрованной воде, кг/м<sup>3</sup>
Доля объема уплотненного осадка от объема влажного осадка
Продолжительность уплотнения осадка, ч
Один слой пористого полиэтилена толщиной 10 мм с размерами пор 100 мкм (без фильтрационных мембран)
30
45
0,03
0,33
Наружный и поддерживающий слои из пористого полиэтилена толщиной 10 мм с размерами пор 100 мкм, один промежуточный слой из полипропиленовой ткани с размерами пор 40 мкм.
76,5
22
0,13
0,33
То же и один промежуточный слой из полипропиленовой ткани с размерами пор 20 мкм
80
12
0,18
1,2
То же и три промежуточных слоя из полипропиленовой ткани с размерами пор по ходу фильтрационного потока соответственно 40, 20 и 10 мкм
86
0,86
0,21
23
3
Из таблицы 1 следует, что снижение влажности уплотненного осадка при одновременном снижении содержания взвешенных веществ в отфильтрованной воде достигаются при использовании многослойных плоских фильтрационных мембран с тремя промежуточными слоями из волокнистого пропилена с размерами пор 40-10 мкм с уменьшением в два раза диаметра пор каждого последующего слоя по ходу фильтрационного потока; при этом влажность уплотненного осадка снижается до 86%, степень уплотнения осадка достигает величины 0,21, а содержание взвешенных веществ в отфильтрованной воде составляет 0,86 кг/м.
При увеличении количества промежуточных слоев многослойных плоских фильтрационных мембран с уменьшающимся размером пор по ходу фильтрационного потока наиболее крупные твердые частицы осадков задерживаются на поверхности слоя с крупными порами; менее всего загрязнена поверхность слоя с размером пор 10 мкм, поэтому предлагаемая структура мембраны с тремя промежуточными слоями будет работать без восстановления фильтрующей способности более длительный срок.
С точки зрения наименьшей влажности уплотненного осадка, минимального содержания взвешенных веществ в отфильтрованной воде и максимальной продолжительности работы мембраны без промывки оптимальными являются три промежуточные слоя с уменьшением размера пор от слоя к слою 40, 20, 10 мкм соответственно.
Снижение размера пор последнего промежуточного слоя многослойной плоской фильтрационной мембраны менее 10 мкм резко увеличивает сопротивление последнего промежуточного слоя и продолжительность уплотнения осадка; в этих условиях применение безнапорного режима уплотнения и фильтрования становится нетехнологичным.
Увеличение размера пор первого промежуточного слоя мембраны более 40 мкм приведет к проскоку частиц осадка через него, что увеличит нагрузку на последующий слой и не позволит достичь технического результата.
Предложенная установка для уплотнения осадков, образующихся при очистке поверхностных и нефтесодержащих сточных вод по сравнению с известной обеспечивает:
- повышение степени уплотнения осадков поверхностных и нефтесодержащих сточных вод за счет снижения их влажности с 93-96% по прототипу до 86%, обеспечиваемого одновременностью протекания процессов уплотнения осадков и осветления отфильтрованной воды;
3
3
- повышение степени осветления воды за счет более полного разделения на многослойных плоских фильтрационных мембранах с заявляемыми параметрами (содержание взвешенных веществ уменьшается с 50 кг/м до 0,86 кг/м), вследствие чего уменьшается нагрузка на очистные сооружения;
- упрощение конструкции ввиду отсутствия подъемного механизма;
- упрощение эксплуатации вследствие отсутствия необходимости перегрузки уплотненного осадка, требующей спецтранспорта, т.к. контейнер можно транспортировать без перегрузки и использовать стандартные контейнеры;
Дополнительным преимуществом предлагаемой установки является увеличение производительности до 4 и более раз за счет повышения степени уплотнения осадка.