Ламельный осветлитель
Пластинчатый отстойник или отстойник с наклонной пластиной (IPS) — это тип осветлителя, предназначенный для удаления твердых частиц из жидкостей.
Область применения
[ редактировать ]Пластинчатые отстойники могут использоваться в различных отраслях промышленности, включая горнодобывающую промышленность и отделку металлов, а также для очистки грунтовых вод , промышленных технологических вод и обратной промывки песчаных фильтров . [1] Пластинчатые отстойники идеально подходят для применений, где загрузка твердых частиц варьируется, а размер твердых частиц является точным. [2] Они более распространены, чем обычные отстойники, на многих промышленных объектах из-за их меньшей занимаемой площади. [3]
Одним из конкретных применений является предварительная очистка сточных вод , поступающих в мембранные фильтры. Пластинчатые отстойники считаются одним из лучших вариантов предварительной очистки перед ультрафильтрацией . [4] Их полностью стальная конструкция сводит к минимуму вероятность того, что часть наклонной пластины отколется и попадет в мембрану, особенно по сравнению с трубчатыми отстойниками, которые изготовлены из пластика. Кроме того, пластинчатые отстойники могут поддерживать необходимое качество воды на мембране с использованием химикатов или без него. Это мера экономии как при покупке химикатов, так и при ограничении повреждения мембраны, поскольку мембраны плохо справляются с крупными частицами, содержащимися во флокулянтах и коагулянтах .
Пластинчатые осветлители также используются в процессах очистки городских сточных вод . [5] Наиболее распространенное применение пластинчатых отстойников сточных вод – это этап третичной очистки. Пластинчатые отстойники могут быть интегрированы в процесс очистки или могут использоваться автономные установки для увеличения потока через существующие водоочистные сооружения. [6] Одним из вариантов интеграции пластинчатых отстойников в существующие установки является или отстойников с иловым слоем модернизация обычных отстойников путем прикрепления пучка наклонных пластин или трубок перед переливом в так называемой «зоне чистой воды». Это может увеличить площадь осаждения в два раза, что приведет к снижению содержания твердых частиц в сливе. [7]
Преимущества и ограничения
[ редактировать ]Основным преимуществом пластинчатых отстойников перед другими системами осветления является большая эффективная площадь осаждения, обусловленная использованием наклонных пластин, что по ряду показателей улучшает условия работы осветлителей. Установка более компактна, обычно занимает всего 65-80 % площади отстойников, работающих без наклонных тарелок. [3] Поэтому, когда ограничения по занимаемой площади вызывают беспокойство, предпочтение отдается системе пластинчатого отстойника. Уменьшенная требуемая площадь позволяет размещать и эксплуатировать осветлители внутри, уменьшая некоторые распространенные проблемы роста водорослей , засорения из-за накопления мусора и контроля запаха, которые возникают, когда оборудование находится на открытом воздухе. Работа в закрытом пространстве также позволяет лучше контролировать условия рабочей температуры и давления. [8] Наклонные пластины означают, что осветлитель может работать со скоростью переполнения, в 2–4 раза превышающей скорость традиционных осветлителей, что обеспечивает большую скорость притока и, следовательно, более эффективный по времени процесс осветления. [3] Пластинчатые отстойники также имеют простую конструкцию и не требуют использования химикатов. Поэтому они могут выступать в качестве предварительной обработки деликатных мембранных процессов. При необходимости для повышения эффективности могут быть добавлены флокулянты.
Производительность ламельного осветлителя можно улучшить путем добавления флокулянтов и коагулянтов. [9] Эти химикаты оптимизируют процесс осаждения и обеспечивают более высокую чистоту переливной воды, обеспечивая осаждение всех более мелких твердых частиц в нижний отстой. [10]
Еще одним преимуществом пластинчатого отстойника является отсутствие в нем механических движущихся частей. Таким образом, система не требует затрат энергии, за исключением приточного насоса, и имеет гораздо меньшую склонность к механическим поломкам, чем другие отстойники. Это преимущество распространяется и на соображения безопасности при эксплуатации установки. Отсутствие механических средств приводит к созданию более безопасной рабочей среды с меньшей вероятностью травм. [10]
Хотя пластинчатый отстойник преодолел многие трудности, возникающие при использовании более традиционных отстойников, все еще существуют некоторые недостатки, связанные с конфигурацией и эксплуатацией оборудования. Пластинчатые отстойники не способны обрабатывать большинство сырьевых смесей, которые требуют некоторой предварительной обработки для удаления материалов, которые могут снизить эффективность разделения. Сырье требует первоначальной обработки с помощью усовершенствованного тонкого сита и удаления песка и жира, чтобы гарантировать, что поступающая смесь имеет соответствующий состав. [8]
Расположение отстойника создает дополнительную турбулентность , поскольку вода поворачивает от подачи к наклонным пластинам. Эта область повышенной турбулентности совпадает с точкой сбора осадка, и текущая вода может вызвать некоторое повторное взвешивание твердых частиц, одновременно разбавляя осадок. [11] Это приводит к необходимости дальнейшей обработки для удаления лишней влаги из осадка. Входные и выходные отверстия осветлителя должны быть спроектированы таким образом, чтобы поток распределялся равномерно. [3]
Требуется регулярное техническое обслуживание, поскольку ил стекает по наклонным пластинам, оставляя их загрязнёнными. Регулярная очистка помогает предотвратить неравномерное распределение потока. [3] Кроме того, плохо обслуживаемые пластины могут вызвать неравномерное распределение потока и снизить эффективность процесса. [12] Плотно расположенные пластины затрудняют очистку. Однако можно установить съемные и независимо поддерживаемые пластинчатые пластины. [8]
Коммерчески доступные пластинчатые отстойники требуют другой геометрии бетонного бассейна и структурной поддержки по сравнению с обычными системами осветления, широко используемыми в промышленности. [13] тем самым увеличивая стоимость установки новой (пластинчатой) системы осветления.
Доступные дизайны
[ редактировать ]Типичная конструкция пластинчатого отстойника состоит из ряда наклонных пластин внутри сосуда, см. первый рисунок. Поток неочищенной питательной воды поступает через верхнюю часть резервуара и стекает по питающему каналу под наклонными пластинами. Затем вода течет вверх внутри отстойника между наклонными пластинами. За это время твердые частицы оседают на тарелках и в конечном итоге падают на дно сосуда. [3] Маршрут, по которому движется частица, будет зависеть от скорости потока суспензии и скорости осаждения частицы, что можно увидеть на втором рисунке. На дне резервуара бункер или воронка собирают эти частицы в виде осадка. Осадок может выпускаться непрерывно или периодически. Над наклонными пластинами осаждаются все частицы и образуется осветленная вода, которая отводится в выпускной канал. Очищенная вода выходит из системы в виде выходного потока.
Существует ряд запатентованных конструкций пластинчатых отстойников. Наклонные пластины могут иметь основу из круглых, шестиугольных или прямоугольных трубок. Некоторые возможные конструктивные характеристики включают в себя:
- Расстояние между трубками или пластинами 50 мм.
- Длина трубки или пластины 1–2 м.
- Угол наклона пластин от 45° до 70° обеспечивает самоочистку, более низкие углы требуют обратной промывки. [3]
- Минимальный шаг пластины 7°
- Типичная скорость загрузки составляет от 5 до 10 м/ч. [14]
Основные характеристики процесса
[ редактировать ]Пластинчатые осветлители могут обрабатывать максимальную концентрацию питательной воды 10 000 мг/л жира и 3 000 мг/л твердых частиц. Ожидаемая эффективность разделения для типичной установки составляет:
- Удаление свободных масел и смазок на 90-99% при стандартных условиях эксплуатации.
- Удаление 20-40% эмульгированных масел и смазок без химических добавок.
- Удаление 50-99% при добавлении химических агентов. [10]
- Очищенная вода имеет мутность около 1-2 NTU . [7]
Первоначальные инвестиции, необходимые для типичного пластинчатого отстойника, варьируются от 750 до 2500 долларов США за кубический метр очищаемой воды, в зависимости от конструкции осветлителя. [10]
Скорость поверхностной нагрузки (также известная как скорость поверхностного перелива или скорость поверхностного осаждения) для пластинчатого отстойника составляет от 10 до 25 м/ч. При таких скоростях осаждения время пребывания в осветлителе невелико, около 20 минут или меньше. [7] с рабочей мощностью, как правило, в диапазоне 1–3 м 3 /час/м 2 (проектируемой площади). [15]
Оценка характеристик
[ редактировать ]Разделение твердых веществ описывается эффективностью седиментации η. Это зависит от концентрации, скорости потока, распределения частиц по размерам, характера потока и упаковки пластин и определяется следующим уравнением. [16]
η = (с 1 -с 2 )/с 2
где c 1 — концентрация на входе и c 2 — концентрация на выходе.
Наклонный угол пластин позволяет увеличить скорость загрузки/пропускную способность и сократить время удерживания по сравнению с обычными осветлителями. Увеличение скорости загрузки в 2-3 раза по сравнению с обычным отстойником (того же размера). [14]
Общую площадь поверхности, необходимую для осаждения, можно рассчитать для пластинчатой пластины с N пластинами, каждая пластина шириной W, с шагом пластин θ и расстоянием между трубками p.
Где,
А = W∙(Np+cos θ)
В таблице 1 представлены характеристики и диапазоны работы различных осветлительных установок. [14]
| Блок осветления | Скорость перелива (м 3 /м 2 /час) | Время удерживания (мин) | Эффективность удаления мутности (%) |
|---|---|---|---|
| Ламельный осветлитель | 5-12 | 60-120 | 90-95 |
| Прямоугольный | 1-2 | 120-180 | 90-95 |
| Круговой | 1-3 | 60-120 | 90-95 |
| Флоковое одеяло | 1-3 | 120-180 | 90-95 |
| Песок с балластом | < 200 | 5-7 | 90-99 |
| Рециркуляция осадка | < 120 | 10-16 | 90-99 |
| Магнетит | < 30 | 15 | 90-99 |
Скорость перелива является мерой емкости осветлителя по загрузке жидкости и определяется как скорость притока, деленная на горизонтальную площадь осветлителя. Время удерживания – это среднее время, в течение которого частицы остаются в отстойнике. Мутность является мерой облачности. Более высокие значения эффективности удаления мутности соответствуют меньшему количеству частиц, остающихся в осветленном потоке. Скорость осаждения частиц также можно определить с помощью закона Стокса . [17]
Эвристика проектирования
[ редактировать ]- Скорость подъема: Скорость подъема может составлять от 0,8 до 4,88 м/ч по разным источникам (Кусера, 2011). [7]
- Загрузка пластин: Нагрузка на пластины должна быть ограничена до 2,9 м/ч, чтобы обеспечить поддержание ламинарного потока между пластинами. [13]
- Угол пластины: По общему мнению, пластины должны быть наклонены под углом 50–70° к горизонтали, чтобы обеспечить возможность самоочистки. В результате площадь выступающей пластины пластинчатого отстойника занимает примерно 50% площади обычного отстойника. [13] [18]
- Расстояние между пластинами: Типичное расстояние между пластинами составляет 50 мм, хотя расстояние между пластинами может составлять 50–80 мм, при условии, что частицы размером > 50 мм были удалены на этапах предварительной обработки. [7] [10]
- Длина пластин: В зависимости от масштаба системы общая длина пластин может варьироваться, однако длина пластин должна позволять пластинам подниматься на 125 мм над верхним уровнем воды, при этом под пластинами в нижней части остается 1,5 м пространства. осветлитель для сбора осадка. [7] Большинство плит имеют длину 1–2 м. [14]
- Материалы пластин: Пластины должны быть изготовлены из нержавеющей стали , за исключением ситуаций, когда в систему вводили хлор для предотвращения роста водорослей. В этих обстоятельствах пластины могут быть пластиковыми или покрытыми пластиком. [7]
- Точка подачи: Корм следует подавать как минимум на 20% выше основания тарелки, чтобы предотвратить нарушение зон осаждения у основания тарелок. [13]
Системы последующей обработки
[ редактировать ]Как верхний, так и нижний поток пластинчатого отстойника часто требуют последующей обработки. Нижний поток часто подвергается обезвоживанию , например, в сгустителе или ленточном пресс-фильтре, чтобы увеличить плотность суспензии . Это важная последующая обработка, поскольку шлам, выходящий из слива, часто невозможно вернуть обратно в процесс. В таком случае его часто необходимо транспортировать на завод по утилизации, а стоимость этой перевозки зависит от объема и веса суспензии. [3] Следовательно, эффективный процесс обезвоживания может привести к существенной экономии затрат. Там, где суспензия может быть переработана в процессе, ее часто необходимо высушить, и повторное обезвоживание является важным шагом в этом процессе.
Последующая обработка, необходимая для перелива, зависит как от характера входящего потока, так и от того, для чего будет использоваться перелив. Например, если жидкость, проходящая через пластинчатый отстойник, поступает с предприятия тяжелой промышленности, может потребоваться дополнительная обработка для удаления масла и жира, особенно если сточные воды будут сбрасываться в окружающую среду. Технологическая установка разделения, такая как коагулятор, часто используется для физического разделения воды и масел. [19]
Для очистки питьевой воды слив из пластинчатого отстойника потребует дальнейшей обработки для удаления органических молекул , а также дезинфекции для удаления бактерий. Ее также пропустят через серию полировальных агрегатов для удаления запаха и улучшения цвета воды. [3]
В пластинчатых отстойниках существует тенденция к росту водорослей на наклонных пластинах, и это может быть проблемой, особенно если избыток сбрасывается в окружающую среду или если пластинчатый отстойник используется в качестве предварительной очистки для мембранной фильтрационной установки. В любом из этих случаев перелив требует последующей обработки, такой как фильтр с антрацитовым песком, чтобы предотвратить распространение водорослей вниз по течению от пластинчатого отстойника. Поскольку наклонные пластины пластинчатого отстойника изготовлены из стали, не рекомендуется использовать хлор для контроля биологического роста, поскольку он может ускорить коррозию пластин . [7]
Новые разработки
[ редактировать ]Одним из вариантов стандартной конструкции разрабатываемого пластинчатого отстойника является способ сбора сточных вод в верхней части наклонных пластин. Вместо того, чтобы сточные воды текли через верхнюю часть наклонных пластин в выпускной канал, они проходят через отверстия в верхней части пластин. Такая конструкция обеспечивает более постоянное противодавление в каналах между пластинами и, следовательно, создает более постоянный профиль потока. Очевидно, что эта конструкция работает только для относительно чистых потоков сточных вод, поскольку отверстия быстро забиваются отложениями, что серьезно снижает эффективность установки. [6] Еще одна новая конструкция включает в себя регулируемую верхнюю часть сосуда, позволяющую изменять высоту сосуда. Эта регулировка высоты осуществляется относительно дефлектора, который направляет входящий поток. Данная конструкция предназначалась для использования для отвода ливневых вод. [20]
Еще одним вариантом конструкции, повышающим эффективность работы сепарационной установки, является способ поступления стоков в пластинчатый отстойник. В стандартной конструкции отстойника сточные воды попадают в нижнюю часть наклонных тарелок и сталкиваются с осадком, скатывающимся по тарелкам. Эта область смешивания делает нижние 20% наклонных тарелок непригодными для осаждения. Если спроектировать пластинчатый отстойник таким образом, чтобы сточные воды поступали в наклонные тарелки, не мешая нисходящему потоку шлама, производительность пластинчатого отстойника можно повысить на 25%. [1]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Корпорация Парксон (2012 г.). Ламелла EcoFlow (Отчет) . Проверено 13 октября 2013 г.
- ^ Компания Aguapuro Equipments Proprietary Limited. Осветлители и кларифлоккуляторы (Отчет) . Проверено 13 октября 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Документ разработки окончательных руководящих принципов и стандартов по ограничению выбросов для категории точечных источников металлических изделий и оборудования (PDF) (отчет). Агентство по охране окружающей среды США . 2003 . Проверено 20 октября 2020 г.
- ^ Meurer Research Inc (2013). Технология пластинчатых отстойников (Отчет) . Проверено 13 октября 2013 г.
- ^ Смит, Аарон (11 ноября 2019 г.). «Как работает трубчатый отстойник - пластинчатый отстойник, руководство по пластинчатому отстойнику» . aqua-equip.com . Проверено 20 октября 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Монро Экологическая Корпорация (2013). Параллельные плитовые поселенцы (Отчет) . Проверено 13 октября 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Ратнаяка, Дон Д.; Брандт, Малкольм Дж.; Джонсон, Майкл (2009). «Глава 7». Водоснабжение Творта (6-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-0809-4084-7 .
- ^ Перейти обратно: а б с Федерация водной среды (2006 г.). Конструкция осветлителя (2-е изд.). Мейденхед: McGraw-Hill Professional. ISBN 978-0071464161 .
- ^ Волкерсдорфер, Кристиан (2008). Управление водными ресурсами на заброшенных затопленных подземных шахтах: основы, трассерные испытания, моделирование, очистка воды . Springer Science & Business Media. п. 239. ИСБН 9783540773313 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Черемисинов, Николай П. (2002). «Глава 8». Справочник по технологиям очистки воды и сточных вод ([Онлайн-Аусг.] под ред.). Бостон: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-7498-0 .
- ^ Американская ассоциация водопроводных предприятий (1999). «Глава 7». В Раймонде Д. Леттермане (ред.). Качество и очистка воды: справочник по коммунальному водоснабжению (5-е изд.). Нью-Йорк [ua]: МакГроу-Хилл. ISBN 978-0070016590 .
- ^ Маккин, Т. (2010). Новое применение пластинчатого осветлителя для улучшения первичной очистки бытовых сточных вод (PDF) . 73-я ежегодная конференция инженеров и операторов водного хозяйства. Выставочный центр Бендиго: East Gippsland Water . Проверено 20 октября 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д МакИвен, Исследовательский фонд Американской ассоциации водоснабжения, Международная ассоциация водоснабжения; редактор Дж. Брок (1998). «5». Выбор процесса очистки для удаления частиц . Денвер, Колорадо: Американская ассоциация водопроводных предприятий. ISBN 978-0-8986-7887-1 .
{{cite book}}:|first=имеет общее имя ( справка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с д Парсонс, Саймон А.; Джефферсон, Брюс (2006). «Глава 4». Введение в процессы очистки питьевой воды . Эймс, Айова: Паб Blackwell. ISBN 978-1-4051-2796-7 .
- ^ Перри, подготовленный группой специалистов под редакционным руководством главного редактора Дона В. Грина, бывшего редактора Роберта Х. (2008). Справочник инженеров-химиков Перри (8-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 978-0071593137 .
{{cite book}}:|first=имеет общее имя ( справка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Институт химической технологии и приборостроения Силезского технического университета (1995). «Влияние геометрии системы на эффективность осаждения пластинчатых отстойников». Химико-техническая наука . 51 (1): 149–153. дои : 10.1016/0009-2509(95)00218-9 .
- ^ «Механическое разделение». А. Кайоде Кокер, в книге Людвига «Прикладное проектирование процессов для химических и нефтехимических предприятий» (4-е изд.). Эльзевир. 2007. с. 373. ИСБН 978-0-7506-7766-0 .
- ^ Кучера, Джейн (2011). «Глава 8». Обратный осмос: процессы проектирования и применения для инженеров . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-1-1182-1144-1 .
- ^ Черемисинов, Николай П. (2002). Справочник по технологиям очистки воды и сточных вод ([Онлайн-Аусг.] под ред.). Бостон: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0750674980 .
- ^ EP 1391228 , Морен, Антуан, «Установка для отвода ливневых вод с гидравлическим распределителем», опубликовано 25 февраля 2004 г., передано Hydroconcept.