СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ИЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ТАКОГО СПОСОБА
PROCEDURE FOR SEDIMENT DRYING AND DEVICE FOR REALISATION OF THIS PROCEDURE

Настоящее изобретение относится к способу сушки осадка и устройству для осуществления этого способа, более конкретно к способу и устройству для сушки шлама из промышленных установок, ила из городских очистных сооружений или осадка смешанного типа.
Для органов местной и государственной власти проблема обработки осадков сточных вод является очень серьезной. Фактически их количество постоянно увеличивается, и также повышается опасность токсического, бактериологического и ольфакторного (относящегося к запаху) загрязнения, которые они вызывают в почве, грунтовых водах и окружающей среде. Поэтому необходимо иметь в распоряжении оптимальную технологию для обработки и повторного использования этого осадка, которая должна быть надежной, устойчивой, экологичной, экономичной и универсальной.
Для устранения этих проблем в настоящее время существуют несколько решений для обработки осадка.
В частности, обработка конвекцией, принцип которой основан на передаче тепла. Недостаток этой технологии состоит в том, что она является весьма дорогостоящей.
Другое решение включает сушку осадка на первой стадии, а затем превращение его в гранулы, которые могут быть складированы.
В общем случае сушку осуществляют размещением еще влажного осадка на сушильной площадке, после чего на осадок воздействуют потоком горячего воздуха. В конце сушки осадок преобразовывают в гранулы.
Недостаток такой обработки состоит в том, что сушка осадка горячим воздушным потоком занимает слишком много времени.
Патент Франции №2115951 предлагает устройство, которое решает проблему чрезмерно длительной сушки продуктов, например пищевых продуктов для животных или органических удобрений, и которое также используется для стерилизации этих продуктов после их преобразования во сегментированный осадок. Это устройство включает шнековый питатель в форме трубы, которая обеспечивает транспортировку фрагментированного осадка. Транспортирующее устройство включает вал, расположенный вдоль оси трубы, с лопастями, проходящими по спирали. Это транспортирующее устройство обеспечивает достижение единственной цели, а именно транспортировки фрагментированного осадка в зону, где его подвергают действию микроволн. Функция микроволн состоит в стерилизации фрагментов и завершении сушки удалением оставшейся воды из фрагментированного осадка. Высушенный таким образом продукт извлекают из устройства и складируют для упаковки.
Недостаток такого устройства состоит в том, что для завершения сушки продуктов требуется несколько стадий, и в особенности стадия фрагментации осадка, предназначенного для сушки. Эти стадии требуют оборудования, которое является очень сложным и громоздким.
Еще один недостаток этих устройств для сушки состоит в том, что при некоторых условиях может возникнуть опасность пожара или взрыва. Опасность взрыва возникает, если присутствуют три фактора, а именно высокое содержание пыли, высокое содержание кислорода и источник воспламенения. Поэтому важно избегать присутствия любого из этих трех факторов.
Кроме того, устройства, использующие эти технологии, дороги, а процесс их использования является энергоемким.
Если сушка выполнена хорошо, высушенный осадок может самопроизвольно нагреваться, являясь источником воспламенения, так что при сушке осадка фактор воспламенения нередко имеет место. Таким образом, необходимо предпринимать соответствующие меры, чтобы избежать присутствия двух других факторов, а именно пыли и содержания кислорода.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ и устройство, которые могут быть использованы для оптимизации процесса сушки осадка без риска взрыва, а также для быстрого осуществления полной сушки осадка и следовательно сокращения потребляемой энергии.
Эту задачу решает предложенный способ сушки осадка, который также может быть использован для сушки осадков сточных вод, жидкого навоза или отходов из септических резервуаров, и который включает:
- увеличение давления до заданного уровня в герметичной камере по меньшей мере вводом насыщенного водяного пара и поддержания давления на этом уровне в течение заданного периода времени;
- загрузку осадка в резервуар, который расположен на некотором расстоянии от стенок камеры, загрузочными средствами, которые обеспечивают поддержание давления;
- ввод перегретого пара в осадок смесителем, который при работе расположен вблизи той стенки резервуара, которая наиболее отдалена от источника микроволн и который включает средства ввода;
- при перемешивании осадка нагрев центральной области осадка излучением микроволн частотой от 400 до 2450 МГц в направлении резервуара, и
- удаление воды, собранной при конденсации и стекании по стенкам камеры к основанию камеры, посредством клапана, ведущего наружу.
В частном случае реализации изобретения в течение всей сушки осадок перемешивают смесителем для повышения однородности сушки, а также для лучшего проникновения микроволн в материал.
Еще в одном частном случае реализации изобретения давление насыщенного водяного пара лежит в диапазоне от 1 бара до 3 бар.
Еще в одном частном случае реализации изобретения давление насыщенного водяного пара составляет 1 бар.
Еще в одном частном случае реализации изобретения давление перегретого пара составляет от 1 бара до 5 бар.
Еще в одном частном случае реализации изобретения давление перегретого пара составляет 3 бара.
Еще в одном частном случае реализации изобретения температура камеры должна быть меньше температуры осадка для обеспечения испарения.
Еще в одном частном случае реализации изобретения производят облучение микроволнами при температуре осадка от 110°С до 140°С.
Еще в одном частном случае реализации изобретения производят облучение микроволнами при температуре 130°С.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство, используемое для осуществления предложенного способа.
Для решения этой задачи и осуществления предложенного способа предложено устройство, которое содержит камеру, включающую герметичный резервуар, стойкий к воздействию давления и сообщающийся по меньшей мере одним окном из кристаллического кварца или любого другого материала, подходящего для использования с микроволнами, по меньшей мере с одним микроволновым генератором, причем указанная камера сообщается с каналом подачи насыщающего пара и вводом осадка, подлежащего сушке, содержит смеситель, включающий средства ввода перегретого пара, расположенные в указанной камере, а также содержит отверстие для выгрузки высушенных материалов.
Еще в одном частном случае реализации изобретения предложенное устройство в своей нижней части содержит ориентированное к земле отверстие, которое используется для удаления сточной воды под действием силы тяжести и которое выполнено с возможностью управления клапаном или используется для регулировки давления внутри камеры.
Еще в одном частном случае реализации изобретения камера содержит охлаждающие средства, размещенные в ее нижней части с возможностью охлаждения внутренней стенки камеры, соприкасающейся с находящейся под давлением атмосферной средой, причем указанные средства охлаждения размещены с возможностью охлаждения только части камеры.
Еще в одном частном случае реализации изобретения охлаждающие средства используются для охлаждения от половины до трех четвертей камеры.
Еще в одном частном случае реализации изобретения смеситель сформирован из трубы, содержащей по меньшей мере один перемешивающий элемент типа лопасти, прикрепленной по ее окружности, со средствами ввода, расположенными на этом элементе.
Еще в одном частном случае реализации изобретения труба соединена с генератором перегретого пара, причем пар, произведенный генератором, проходит по трубе до перемешивающего элемента и затем вводится средствами ввода.
Еще в одном частном случае реализации изобретения средства ввода представляет собой отверстия, сформированные на перемешивающем элементе.
Еще в одном частном случае реализации изобретения все отверстия камеры выполнены с возможностью закрытия закрывающими средствами для создания условий герметичности в отношении давления и микроволн.
Еще в одном частном случае реализации изобретения камера содержит охлаждающие средства, которые используются для охлаждения части ее внутренней поверхности с целью способствовать конденсации воды, испаренной при обработке сушкой.
Еще в одном частном случае реализации изобретения предлагаемое устройство имеет по меньшей мере один конец, который может быть закрыт автоматической дверцей для создания условий герметичности в отношении давления и микроволн.
Еще в одном частном случае реализации изобретения микроволновый генератор сообщается с сушильной камерой через микроволновый согласователь/адаптер.
Еще в одном частном случае реализации изобретения камера содержит предохранительный клапан.
Еще в одном частном случае реализации изобретения резервуар размещен на некотором расстоянии от стенок камеры посредством перфорированных держателей для обеспечения стекания водяного конденсата.
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидны из следующего описания со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
- фиг.1 показывает продольное сечение одного варианта выполнения устройства согласно изобретению;
- фиг.2 показывает продольное сечение другого варианта выполнения устройства согласно изобретению;
- фиг.3 показывает поперечное сечение варианта выполнения устройства, представленного на фиг.2.
Как показано на фиг.1, 2 и 3, устройство состоит из камеры (1), предпочтительно удлиненной цилиндрической, выполненной из металла с двойной стенкой, которая обеспечивает, во-первых, хорошую теплоизоляцию и герметизацию в отношении давления пара, и во-вторых, герметизацию в отношении микроволн. Указанная камера (1) имеет по меньшей мере один конец, который открыт наружу и выполнен с возможностью закрытия дверцей (10) или крышкой (10). В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения камера (1) имеет один конец, который выполнен с возможностью закрытия. Дверца (10), которая используется для закрытия отверстий, спроектирована с возможностью полной герметизации камеры (1) в отношении воздуха, давления пара и волн, таких как микроволны, при закрытой дверце (10). Поэтому дверца (10) содержит тефлоновую или силиконовую прокладку (102) для герметизации в отношении давления и металлическую прокладку (101) для герметизации в отношении микроволн. В варианте реализации изобретения, показанном на фиг.2, дверца (10) выполнена с возможностью скольжения посредством перемещающей системы (152), которая включает колеса (151), соединенные с дверцей. Таким способом эта система обеспечивает перемещение дверцы в осевом направлении относительно камеры (1). В этом варианте реализации изобретения осадок загружен через отверстие, сформированное открытой дверцей.
В общем случае камера (1) опирается о землю и удерживается на месте на лапах (15), которые вместе с опирающейся о землю частью формируют нижнюю часть камеры (1).
Внутри в нижней части камеры (1) выполнена дополнительная стенка, формирующая сферический резервуар (7), в который загружают осадок (5), предназначенный для сушки. Этот резервуар (7) включает верхние выступы (71), которые прикреплены к камере (1) и в которых сформированы небольшие отверстия. Эти отверстия обеспечивают стекание к основанию камеры (1) воды, образовавшейся на ее внутренней стенке в виде конденсата.
В варианте реализации изобретения, представленном на фиг.1, материал (5), предназначенный для сушки, загружают в камеру (1) через ввод (8) для загрузки материала. Этот ввод (8) расположен с одной стороны камеры (1) по середине ее высоты.
В варианте реализации изобретения, представленном на фиг.2, загрузку материала (5) осуществляют посредством резервуара, который размещен на движущейся тележке (151, 152) и может быть перемещен с боковой стороны с последующей разгрузкой его опрокидыванием.
Осадок (5), обрабатываемый в соответствии с настоящим изобретением, может быть осадками сточных вод, жидким навозом, отходами из септических резервуаров и т.п.
Камера (1) также имеет по меньшей мере одно круглое или прямоугольное отверстие (2), составляющее окно (2). В одном варианте реализации настоящего изобретения камера (1) имеет несколько окон (2). Эти окна (2) выполнены из материала, обеспечивающего герметизацию в отношении пара, но проницаемого для микроволнового излучения. В одном варианте реализации изобретения окна (2) выполнены из кристаллического кварца. В другом варианте реализации изобретения окна (2) выполнены из тефлона или любого другого материала, проницаемого для электромагнитного излучения и обеспечивающего герметизацию в отношении пара. Находящиеся под давлением окна (2) используются для подачи микроволн (23) во внутреннюю часть камеры (1) и являются передающими окнами (2). Таким образом, они пропускают микроволны (23), которые затем воздействуют на осадок (5), предназначенный для сушки. Микроволны (23) проходят по волноводу (24) по меньшей мере к одному окну (2). Волновод (24) соединен через согласователь/адаптер (21) импеданса с микроволновым генератором (22). Таким образом волновой генератор (22, 23) используется для обработки предназначенного для сушки осадка (5). Окна (2) камеры (1) расположены в ее верхней части, которая противоположна нижней части камеры, опирающейся о землю.
В первом варианте реализации изобретения, представленном на фиг.1, камера (1) является вертикальной. При этом ее высота больше ее ширины. В этом случае камера (1) имеет отверстие в конце, противоположном концу, опирающемуся о землю. Окна (2) расположены в верхней части ниже этого отверстия и, следовательно, под крышкой (10). В этом случае микроволны проходят через окна перпендикулярно основанию резервуара и затем перенаправляются для вертикального входа в материал (5).
В другом варианте реализации изобретения окна (2) размещены на крышке (10) и благодаря этому обеспечивают прямой вход излучения вертикально в материал (5).
Во втором варианте реализации изобретения, представленном на фиг.2, резервуар расположен горизонтально; его ширина больше его высоты. В этом случае отверстие, которое также расположено в одном конце, размещено на стороне, противоположной источнику энергии. Окна (2) камеры (1) также размещены в ее верхней части, которая противоположна нижней части камеры, опирающейся о землю.
В любом варианте реализации изобретения прямоугольные окна (2) ориентированы так, что они перевернуты относительно друг друга, т.е. одно окно ориентировано по длине, а другое - рядом по высоте и т.п., как проиллюстрировано на фиг.2.
Камера (1) сообщается по меньшей мере двумя трубопроводами по меньшей мере с двумя парогенерирующими системами.
Первый парогенератор (9) производит насыщенный пар, поступающий в камеру (1) по всему ее объему перед загрузкой материала (5).
Второй парогенератор (32) производит перегретый пар, поступающий непосредственно в материал (5).
В камере (1) размещен смеситель (3), который выполнен из трубы (31, 31'), проходящей через камеру (1). Эта труба (31, 31') соединена с генератором (32) и содержит по меньшей мере один перемешивающий элемент (35, 35'). Этот перемешивающий элемент (35, 35') имеет средства (33, 33') ввода перегретого пара, которые сформированы отверстиями (33, 33'), выполненными на смешивающем элементе (35, 35'). Пар, произведенный генератором (32), поступает по трубе до смешивающего элемента (35, 35'), и затем вводится средствами (33, 33') в центральную область материала (5).
В первом варианте реализации изобретения перемешивающий элемент (35) сформирован лопастями, прикрепленными к концу трубы (31) вблизи основания камеры (1). Смеситель поворачивают двигателем (34), размещенным снаружи камеры (1). Лопасти соответствуют сферической или эллиптической форме основания резервуара (7).
Указанная труба смещена относительно оси (А) симметрии резервуара к стенке, дальней от источника микроволн.
Во втором варианте реализации изобретения перемешивающий элемент (35') сформирован прямоугольными лопастями, прикрепленными к трубе (31') по ее окружности, предпочтительно с образованием спирали и на расстоянии друг от друга. Труба получает вращение от двигателя (34) и действует как бесконечный винт.
В обоих случаях, лопасти установлены как можно ближе к основанию резервуара (7) для перемешивания максимального количества материала (5). Для изготовления лопастей используется материал, стойкий для микроволн, например пирекс или тефлон.
Лопасти установлены так, что до сушки они не проходят вне материала (5), и количество материала (5) выбрано таким, что в конце сушки лопасти не слишком выступают во избежание проблем, вызванных воздействием микроволн.
Смесители, во-первых, перемешивают осадок (5) для обеспечения однородной сушки и, во-вторых, способствуют проникновению в осадок (5) микроволн и оказывают благоприятное воздействие на процесс сушки. Если осадок не перемешивать, то на его поверхности быстро формируется сухая корка, которая препятствует правильному проникновению микроволн и, следовательно, препятствует эффективной и однородной сушке.
Водный конденсат удаляют через трубу (4), которой управляет клапан (41) удаления воды и которая расположена в донной части камеры.
Клапан (41) используется для поддержания в камере (1) нужного давления, уменьшения слишком высокого давления и открывания камеры (1) в атмосферу после завершения сушки.
Верхняя часть камеры (1) содержит предохранительный клапан (12), который настроен на заданное давление и который действует лишь в экстренном случае при необходимости отрегулировать давление в дополнение к клапану (41). При нормальной работе устройства клапан (12) не используется.
Камера (1) также содержит охлаждающие средства (203), расположенные в ее двойной стенке. Средства (203) размещены с возможностью обеспечения охлаждения нижней части камеры (1) и таким способом ускорения конденсации испаренной воды. Средства (203) могут быть выполнены в виде, например, змеевика, в котором течет газ-хладагент.
Средства (203) формируют в камере холодную зону (200) и горячую зону (300). Разделение (202) между двумя зонами проходит между половиной высоты и тремя четвертями высоты от нижней части камеры.
В своей нижней части камера (1) содержит дверцу (6), используемую для удаления высушенного материала после окончания осушительного цикла. В варианте реализации изобретения, представленном на фиг.1, дверца (6) также содержит направляющую, которая помогает смесителю (3) сохранять прямое положение и предотвращает его опрокидывание во время перемешивания.
Камера (1) содержит средства (11) измерения температуры и давления для регулировки этих параметров во время сушки.
Узел отверстий камеры (1) включает систему клапанов (91, 81, 61, 41), которая обеспечивает герметичность камеры (1), а также предотвращает утечку микроволн.
Все давления и температуры, используемые в контексте настоящего изобретения, рассчитаны, в частности, по диаграмме Молье.
Способ сушки, использующий устройство, описанное выше, включает следующие операции, во время которых:
- повышают давление в камере (1) подачей в нее насыщенного пара до достижения давления, соответствующего нужной рабочей температуре насыщенного пара. Например, может быть выбрано давление 1 бар для температуры насыщенного пара 100°С, до 3 бар для температуры насыщенного пара130°С.
- вводят материал (5), который представляет собой осадок и на данном этапе содержит от 70% до 80% воды;
- подают перегретый пар посредством трубы (31, 31') и перемешивающих элементов (35, 35') в центральную область осадка (5) при его одновременном перемешивании. Перемешивание очень важно, поскольку оно обеспечивает однородную сушку. Перегретый пар вводят при давлении в диапазоне от 1 до 5 бар, и до 3 бар в одном варианте реализации изобретения. В результате осадок (5) нагревается до температуры примерно 130°С. На этой стадии происходит предварительная сушка материала.
- после нагрева до температуры 130°С материал для ускорения сушки облучают микроволнами в диапазоне от 400 до 2450 МГц.
Благодаря этому создается разность давлений между верхней частью камеры (1) и ее нижней частью, в которой находится осадок (5). Эта разность давлений способствует отводу воды к внешним областям осадка (5). Мощность генераторов микроволн рассчитана так, что осадок (5) нагревается до температуры, выше температуры насыщенного пара.
В присутствии насыщенного пара под давлением влага, высвобожденная из осадка во время его обработки, стекает по холодным стенкам под действием силы тяжести для восстановления под решетку (71) через клапан (41). Система управления открывает клапан (41) через равномерные интервалы времени всякий раз, когда уровень собранной влаги достигает решетки. Камера (1) содержит датчик уровня, который управляет автоматическим открытием клапана (41).
Спустя некоторое время, после высыхания осадка, генератор микроволн выключают и постепенно уменьшают давление до атмосферного.
Процесс удаления влаги из осадка (5) может быть ускорен увеличением насыщенности среды, окружающей осадок (5), и рациональным использованием энергии микроволнового излучения, благодаря чему расход энергии оказывается намного меньшим, чем в известных технических решениях, и сушка происходит быстрее при меньшем потреблении энергии.
Кроме того, работа с насыщенным паром под давлением устраняет опасность взрыва благодаря затруднению доступа кислорода.
Очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано и по-другому без выхода за пределы объема изобретения, ограниченного его формулой. В связи с этим представленные варианты реализации изобретения являются лишь иллюстративными и могут быть модифицированы в объеме прилагаемой формулы изобретения, а само изобретение не ограничивается признаками, подробно описанными выше.