Ламели осветлитель или наклонная пластина отстойник ( IPS ) представляет собой тип отстойник предназначен для удаления твердых частиц из жидкостей.
Их часто используют при первичной очистке воды вместо обычных отстойников . Они используются в промышленной очистке воды . В отличие от обычных осветлителей они используют серию наклонных пластин. Эти наклонные пластины обеспечивают большую эффективную посадочную площадь при небольшой занимаемой площади. Входящий поток останавливается на входе в осветлитель. Твердые частицы начинают оседать на пластинах и накапливаться в сборных бункерах в нижней части осветлителя. Шлам отводится в нижней части бункеров, а осветленная жидкость выходит из устройства вверху через водослив . [1]
Спектр приложений
Осветлители с ламелями могут использоваться в различных отраслях промышленности, включая горнодобывающую промышленность и металлообработку, а также для очистки грунтовых вод , промышленных технологических вод и обратной промывки от песочных фильтров . [2] Пластинчатые осветлители идеально подходят для применений, в которых загрузка твердых частиц варьируется, а размер твердых частиц является прекрасным [3]. Они более распространены, чем обычные осветлители, на многих промышленных объектах из-за своей меньшей площади. [4]
Одним из конкретных применений является стадия предварительной очистки сточных вод, поступающих в мембранные фильтры . Осветлители с ламелями считаются одними из лучших вариантов предварительной очистки перед мембранными фильтрами. [5] Их полностью стальная конструкция означает, что существует малая вероятность того, что часть наклонной пластины отколется и попадет в мембрану, особенно по сравнению с трубчатыми отстойниками, которые изготовлены из пластика. Другие осветлители с ламелями могут поддерживать необходимое качество воды в мембране без использования химикатов. Это экономия средств как на закупку химикатов, так и на ограничение повреждения мембраны, поскольку мембраны плохо работают с крупными частицами, содержащимися в флокулянтах и коагулянтах .
Осветлители с ламелями также используются в процессах очистки городских сточных вод . [6] Обычно пластинчатые осветлители сточных вод используются на стадии доочистки. Осветлители с ламелями можно интегрировать в процесс очистки или использовать автономные установки для увеличения потока через существующие водоочистные сооружения. [7] Один из вариантов интеграции ламель осветлителей в существующие установки для обычных или шлама офсетных осветлителей быть повышены путем присоединения пучка наклонных пластин или труб перед переливом в так называемой «свободной зоне» воды. Это может увеличить площадь осаждения в два раза, что приведет к снижению содержания твердых частиц в сливе. [8]
Преимущества и ограничения
Основным преимуществом пластинчатых осветлителей перед другими осветительными системами является большая эффективная площадь осаждения, обусловленная использованием наклонных пластин, которые улучшают рабочие условия осветлителей во многих отношениях. Установка более компактна, обычно требуется всего 65-80% площади осветлителей, работающих без наклонных пластин. [4] Таким образом, там, где ограничения занимаемой площади вызывают озабоченность, предпочтительна система осветлителя с ламелями. Уменьшенная требуемая площадь позволяет расположить осветлители и использовать их внутри, уменьшая некоторые из распространенных проблем, связанных с ростом водорослей , засорением из-за накопления мусора и контроля запаха, которые возникают, когда оборудование находится на открытом воздухе. Работа в замкнутом пространстве также позволяет лучше контролировать рабочую температуру и давление. [9] Наклонные пластины означают, что осветлитель может работать со скоростью перелива в 2–4 раза выше, чем у традиционных осветлителей, что позволяет увеличить скорость входящего потока и, следовательно, более эффективный по времени процесс осветления. [4] Осветлители с ламелями также имеют простую конструкцию, не требующую использования химикатов. Таким образом, они могут выступать в качестве предварительной обработки тонких мембранных процессов. При необходимости могут быть добавлены флокулянты для повышения эффективности.
Производительность осветлителя с ламелями может быть улучшена путем добавления флокулянтов и коагулянтов . [10] Эти химические вещества оптимизируют процесс отстаивания и обеспечивают более высокую чистоту переливаемой воды, гарантируя, что все более мелкие твердые частицы оседают в нижнем потоке ила. [11]
Еще одним преимуществом ламельного осветлителя является отсутствие механических движущихся частей. Таким образом, система не требует ввода энергии, за исключением поступающего насоса, и имеет гораздо меньшую склонность к механическим сбоям, чем другие осветлители. Это преимущество распространяется на соображения безопасности при эксплуатации установки. Отсутствие механических повреждений создает более безопасную рабочую среду с меньшей вероятностью получения травм. [11]
Несмотря на то, что ламельный осветлитель преодолел многие трудности, возникающие при использовании более традиционных осветлителей, все же существуют некоторые недостатки, связанные с конфигурацией и работой оборудования. Осветлители с ламелями не могут обрабатывать большинство сырьевых смесей, которые требуют некоторой предварительной обработки для удаления материалов, которые могут снизить эффективность разделения. Для обеспечения надлежащего состава поступающей смеси требуется предварительная обработка сырья с помощью усовершенствованного тонкого грохочения и удаления песка и жира. [9]
Расположение осветлителя создает дополнительную турбулентность, поскольку вода поворачивает угол от подачи к наклонным пластинам. Эта зона повышенной турбулентности совпадает с точкой сбора ила, и текущая вода может вызвать некоторое повторное взвешивание твердых частиц, одновременно разбавляя ил. [12] Это приводит к необходимости дальнейшей обработки для удаления лишней влаги из ила. Входы и выходы осветлителя должны быть спроектированы таким образом, чтобы поток распределялся равномерно. [4]
Требуется регулярное обслуживание, поскольку ил стекает по наклонным пластинам, оставляя их грязными. Регулярная чистка помогает предотвратить неравномерное распределение потока. [4] Кроме того, плохое обслуживание пластин может вызвать неравномерное распределение потока и снизить эффективность процесса. [1] Плотно прилегающие пластины затрудняют очистку. Однако можно установить съемные пластинчатые пластины с независимой опорой. [9]
Для имеющихся в продаже пластинчатых осветлителей требуется другая геометрия бетонного бассейна и структурная опора по сравнению с обычными системами осветления, широко используемыми в промышленности [13], что увеличивает стоимость установки новой (пластинчатой) системы осветления.
Доступные дизайны
Типичная конструкция пластинчатого осветлителя состоит из ряда наклонных пластин внутри сосуда, см. Первый рисунок. Поток неочищенной питательной воды поступает через верхнюю часть емкости и стекает по питающему каналу под наклонными пластинами. Затем вода течет внутрь отстойника между наклонными пластинами. За это время твердые частицы оседают на пластинах и в конечном итоге падают на дно емкости. [4] Путь, по которому движется частица, будет зависеть от скорости потока суспензии и скорости оседания частицы, что можно увидеть на втором рисунке. В нижней части емкости бункер или воронка собирают эти частицы в виде шлама. Отстой может сбрасываться непрерывно или периодически. Над наклонными пластинами осели все частицы и образуется осветленная вода, которая отводится в выпускной канал. Осветленная вода выходит из системы в выходном потоке.
Существует ряд запатентованных конструкций осветлителей с ламелями. Наклонные пластины могут быть выполнены на основе круглых, шестиугольных или прямоугольных труб. Некоторые возможные конструктивные характеристики включают:
Основные характеристики процесса
Осветлители с ламелями могут работать с максимальной концентрацией питательной воды 10000 мг / л жира и 3000 мг / л твердых веществ. Ожидаемая эффективность разделения для типичного блока:
- Удаление 90-99% свободных масел и смазок при стандартных условиях эксплуатации.
- Удаление 20-40% эмульгированных масел и смазок без химических добавок.
- Удаление 50-99% с добавлением химического агента (ов). [11]
- Очищенная вода имеет мутность около 1-2 NTU . [8]
Первоначальные инвестиции, необходимые для типичного осветлителя с пластинками, варьируются от 750 до 2500 долларов США на кубический метр воды, подлежащей очистке, в зависимости от конструкции осветлителя. [11]
Скорость поверхностной нагрузки (также известная как скорость поверхностного перетока или скорость поверхностного осаждения) для пластинчатого осветлителя составляет от 10 до 25 м / ч. Для этих скоростей осаждения время удерживания в осветлителе невелико, около 20 минут или меньше [8], а рабочая производительность имеет тенденцию к диапазону от 1 до 3 м 3 / час / м 2 (проектируемой площади). [15]
Оценка характеристик
Разделение твердых частиц описывается эффективностью седиментации η. Это зависит от концентрации, скорости потока, гранулометрического состава, структуры потока и упаковки тарелки и определяется следующим уравнением. [16]
η = (c 1 -c 2 ) / c 2
где c 1 - концентрация на входе, а c 2 - концентрация на выходе.
Наклонный угол пластин позволяет увеличить скорость загрузки / пропускную способность и уменьшить время удерживания по сравнению с обычными осветлителями. Увеличение скорости загрузки в 2-3 раза по сравнению с обычным осветлителем (такого 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,
A = W ∙ (Np + cos θ)
В таблице 1 представлены характеристики и рабочие диапазоны различных осветительных установок. [14]
Блок разъяснений | Скорость перелива (м 3 / м 2 / ч) | Время удерживания (мин) | Эффективность удаления мутности (%) |
---|---|---|---|
Осветлитель ламелей | 5–12 | 60–120 | 90-95 |
Прямоугольный | 1-2 | 120–180 | 90-95 |
Круговой | 1-3 | 60–120 | 90-95 |
Одеяло из флока | 1-3 | 120–180 | 90-95 |
Песок с балластом | <200 | 5-7 | 90–99 |
Рециркуляция ила | <120 | 10–16 | 90–99 |
Магнетит | <30 | 15 | 90–99 |
Где скорость перелива является мерой вместимости осветлителя по текучей среде и определяется как скорость входящего потока, деленная на горизонтальную площадь осветлителя. Время удерживания - это среднее время, в течение которого частицы остаются в осветлителе. Мутность - это мера облачности. Более высокие значения эффективности удаления мутности соответствуют меньшему количеству твердых частиц, остающихся в очищенном потоке. Скорость осаждения твердых частиц также можно определить с помощью закона Стокса . [17]
Эвристика дизайна
- Скорость подъема: скорость подъема может составлять от 0,8 до 4,88 м / ч из разных источников (Kucera, 2011). [8]
- Нагрузка на пластины: Нагрузки на пластины должны быть ограничены до 2,9 м / ч, чтобы обеспечить поддержание ламинарного потока между пластинами. [13]
- Угол наклона пластин: по общему мнению, пластины следует наклонять под углом 50-70 ° от горизонтали для обеспечения самоочистки. Это приводит к тому, что площадь выступающих пластин пластинчатого осветлителя занимает примерно 50% пространства обычного осветлителя. [13] [18]
- Расстояние между пластинами: Типичное расстояние между пластинами составляет 50 мм, хотя пластины могут располагаться на расстоянии 50–80 мм друг от друга, учитывая, что частицы размером> 50 мм были удалены на этапах предварительной обработки. [8] [11]
- Длина пластин: в зависимости от масштаба системы общая длина пластин может варьироваться, однако длина пластины должна позволять пластинам подниматься на 125 мм над верхним уровнем воды, с оставлением 1,5 м пространства под пластинами в нижней части. осветлитель для сбора осадка. [8] Большинство плит имеют длину 1-2 м. [14]
- Материалы пластин: пластины должны быть изготовлены из нержавеющей стали , за исключением случаев, когда в систему добавлен хлор для предотвращения роста водорослей. В этих условиях пластины могут иметь пластиковое или пластиковое покрытие. [8]
- Точка подачи: корм должен подаваться как минимум на 20% выше основания тарелки, чтобы предотвратить нарушение зон осаждения у основания тарелок. [13]
Системы доочистки
Как поток перелива, так и поток нижнего продукта из пластинчатого осветлителя часто требуют дополнительной обработки. Поток нижнего продукта часто проходит через процесс обезвоживания, такой как загуститель или фильтр ленточного пресса, чтобы увеличить плотность суспензии . Это важная последующая обработка, поскольку шлам нижнего продукта часто не может быть повторно использован в процессе. В таком случае его часто необходимо транспортировать на завод по утилизации, и стоимость этой транспортировки зависит от объема и веса суспензии. [4] Следовательно, эффективный процесс обезвоживания может привести к значительной экономии затрат. Если суспензия может быть переработана в процессе, ее часто необходимо сушить, и повторное обезвоживание является важным шагом в этом процессе.
Дополнительная обработка, необходимая для переливного потока, зависит как от природы входящего потока, так и от того, для чего будет использоваться перелив. Например, если жидкость, проходящая через пластинчатый осветлитель, поступает с предприятия тяжелой промышленности, может потребоваться дополнительная обработка для удаления масла и жира, особенно если сточные воды будут сбрасываться в окружающую среду. Блок процесса разделения, такой как коагулянт , часто используется для физического разделения воды и масел. [19]
Для очистки питьевой воды перелив из ламельного осветлителя потребует дополнительной обработки для удаления органических молекул, а также дезинфекции для удаления бактерий. Он также будет пропущен через серию полировальных устройств, чтобы удалить запах и улучшить цвет воды. [4]
Пластинчатые осветлители имеют тенденцию к росту водорослей на наклонных пластинах, и это может быть проблемой, особенно если слив сбрасывается в окружающую среду или если пластинчатый осветлитель используется в качестве предварительной обработки для установки мембранной фильтрации. В любом из этих случаев перелив требует дополнительной обработки, такой как фильтр с антрацитовым песком, чтобы предотвратить распространение водорослей за пластинчатым осветлителем. Поскольку наклонные пластины в пластинчатом осветлителе изготовлены из стали, не рекомендуется использовать хлор для контроля биологического роста, поскольку он может ускорить коррозию пластин. [8]
Новые разработки
Одна из разновидностей разрабатываемой стандартной конструкции пластинчатого осветлителя заключается в том, что сточные воды собираются в верхней части наклонных пластин. Вместо того, чтобы сточные воды протекали через верх наклонных пластин к выпускному каналу, они протекали через отверстия в верхней части пластин. Такая конструкция обеспечивает более постоянное противодавление в каналах между пластинами и, следовательно, более постоянный профиль потока. Очевидно, что такая конструкция работает только для относительно чистых сточных вод, поскольку отверстия быстро забиваются отложениями, что серьезно снижает эффективность установки. [7] Другая новая конструкция включает регулируемую верхнюю часть сосуда, чтобы можно было изменять высоту сосуда. Эта регулировка высоты производится относительно дефлектора, который направляет входящий поток. Эта конструкция предназначена для использования для слива ливневых вод. [20]
Еще одним изменением конструкции, повышающим эффективность сепарационной установки, является способ поступления сточных вод в пластинчатый осветлитель. В стандартной конструкции очистителя сточные воды входят в нижнюю часть наклонных пластин и сталкиваются со стекающим по пластинам илом. Эта зона перемешивания делает нижние 20% наклонных пластин непригодными для осаждения. Путем разработки ламельного осветлителя таким образом, чтобы сточные воды попадали на наклонные пластины, не мешая нисходящему потоку суспензии, производительность пластинчатого осветлителя может быть увеличена на 25%. [2]
Рекомендации
- ^ а б Маккин, Т (2010). Новое применение ламельного осветлителя для улучшенной первичной очистки бытовых сточных вод (PDF) . 73-я ежегодная конференция инженеров и операторов водного хозяйства. Выставочный центр Бендиго: Ист-Гиппсленд-Уотер . Проверено 20 октября 2020 года .
- ^ а б Parkson Corporation (2012). Ламелла EcoFlow (Отчет) . Проверено 13 октября 2013 года .
- ^ Запатентованная компания Aguapuro Equipments Limited. Осветлители и осветлители (Отчет) . Проверено 13 октября 2013 года .
- ^ Б с д е е г ч I Документ по разработке окончательных руководящих принципов и стандартов по ограничению сбросов для категории источников металлопродукции и машинного оборудования (PDF) (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США . 2003 . Проверено 20 октября 2020 года .
- ^ Meurer Research Inc (2013). Plate Settler Technology (Отчет) . Проверено 13 октября 2013 года .
- ^ Смит, Аарон (11 ноября 2019 г.). «Как работают трубчатые отстойники - пластинчатые отстойники, ламельные осветлители» . aqua-equip.com . Проверено 20 октября 2020 года .
- ^ а б Монро Экологическая Корпорация (2013). Параллельные пластинчатые отстойники (отчет) . Проверено 13 октября 2013 года .
- ^ Б с д е е г ч Ратнаяка, Дон Д .; Брандт, Малькольм Дж .; Джонсон, Майкл (2009). «Глава 7». Водоснабжение Творта (6-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-0809-4084-7.
- ^ а б в Федерация водной среды (2006 г.). Проектирование осветлителя (2-е изд.). Maidenhead: McGraw-Hill Professional. ISBN 978-0071464161.
- ^ Волькерсдорфер, Кристиан (2008). Управление водными ресурсами в заброшенных затопленных подземных шахтах: основы, трассерные испытания, моделирование, очистка воды . Springer Science & Business Media. п. 239. ISBN. 9783540773313.
- ^ а б в г д Черемисинов, Николай П. (2002). «Глава 8». Справочник по технологиям очистки воды и сточных вод ([Online-Ausg.] Ред.). Бостон: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-7498-0.
- ^ Американская ассоциация водопроводных сооружений (1999 г.). «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.
- ^ а б в г МакИвен, Исследовательский фонд Американской ассоциации водоснабжения, Международная ассоциация водоснабжения; редактор, Дж. Брок (1998). «5». Выбор процесса обработки для удаления частиц . Денвер, Колорадо: Американская ассоциация водопроводных сооружений. ISBN 978-0-8986-7887-1.
- ^ а б в г Парсонс, Саймон А .; Джефферсон, Брюс (2006). "Глава 4". Введение в процессы очистки питьевой воды . Эймс, Айова: Blackwell Pub. ISBN 978-1-4051-2796-7.
- ^ Перри, подготовленный группой специалистов под редакционным руководством главного редактора Дона У. Грина, покойного редактора Роберта Х. (2008). Справочник инженеров-химиков Перри (8-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 978-0071593137.
- ^ Институт химической инженерии и приборостроения Силезского технического университета (1995). «Влияние геометрии системы на седиментационную эффективность пластинчатых отстойников». Химическая инженерия . 51 (1): 149–153. DOI : 10.1016 / 0009-2509 (95) 00218-9 .
- ^ «Механическое разделение». А. Кайоде Кокер, в книге Людвига «Прикладное проектирование процессов для химических и нефтехимических заводов» (4-е изд.). Эльзевир. 2007. с. 373. ISBN 978-0-7506-7766-0.
- ^ Кучера, Джейн (2011). «Глава 8». Обратный осмос: процессы проектирования и приложения для инженеров . Джон Вили и сыновья. ISBN 978-1-1182-1144-1.
- ^ Черемисинов, Николай П. (2002). Справочник по технологиям очистки воды и сточных вод ([Online-Ausg.] Ред.). Бостон: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0750674980.
- ^ EP1391228 , Морин, А., «Установка для декантации ливневых с гидравлическим распределителем», опубликованной 2009