stringtranslate.com

Пластинчатый осветлитель

Пластинчатый осветлитель или наклонный пластинчатый отстойник (НПО) — это тип осветлителя, предназначенный для удаления твердых частиц из жидкостей.

Диапазон применения

Пластинчатые осветлители могут использоваться в различных отраслях промышленности, включая горнодобывающую промышленность и металлообработку, а также для очистки грунтовых вод , промышленных технологических вод и промывки песчаных фильтров . [1] Пластинчатые осветлители идеально подходят для применений, где загрузка твердых частиц непостоянна, а размер твердых частиц мелкий. [2] Они более распространены, чем обычные осветлители, на многих промышленных объектах из-за их меньшей занимаемой площади. [3]

Одной из конкретных областей применения является предварительная очистка сточных вод , поступающих в мембранные фильтры. Пластинчатые осветлители считаются одним из лучших вариантов для предварительной очистки перед ультрафильтрацией . [4] Их полностью стальная конструкция сводит к минимуму вероятность того, что часть наклонной пластины отколется и будет перенесена в мембрану, особенно по сравнению с трубчатыми отстойниками, которые сделаны из пластика. Кроме того, пластинчатые осветлители могут поддерживать требуемое качество воды для мембраны с использованием химикатов или без них. Это экономит средства как при покупке химикатов, так и при ограничении повреждения мембраны, поскольку мембраны плохо работают с крупными частицами, содержащимися в флокулянтах и ​​коагулянтах .

Пластинчатые осветлители также используются в процессах очистки городских сточных вод . [5] Наиболее распространенное применение пластинчатых осветлителей в сточных водах — это часть стадии третичной очистки. Пластинчатые осветлители могут быть интегрированы в процесс очистки или могут использоваться как отдельные устройства для увеличения потока через существующие очистные сооружения. [6] Одним из вариантов интеграции пластинчатых осветлителей в существующие сооружения является модернизация обычных или иловых осветлителей путем присоединения пучка наклонных пластин или труб перед переливом в так называемой «зоне чистой воды». Это может увеличить площадь осаждения в два раза, что приведет к снижению нагрузки твердых частиц в переливе. [7]

Преимущества и ограничения

Основным преимуществом пластинчатых осветлителей по сравнению с другими системами осветления является большая эффективная площадь отстаивания, обусловленная использованием наклонных пластин, что улучшает условия эксплуатации осветлителей несколькими способами. Устройство более компактно, обычно требуя только 65-80 % площади осветлителей, работающих без наклонных пластин. [3] Поэтому, когда ограничения по площади площадки вызывают беспокойство, предпочтительнее система пластинчатых осветлителей. Уменьшенная требуемая площадь позволяет размещать и эксплуатировать осветлители внутри, что снижает некоторые из распространенных проблем роста водорослей , засорения из-за накопления выдуваемого мусора и контроля запаха, которые возникают, когда оборудование находится на открытом воздухе. Работа в закрытом пространстве также позволяет лучше контролировать рабочие условия температуры и давления. [8] Наклонные пластины означают, что осветлитель может работать со скоростью перелива в 2-4 раза выше, чем у традиционных осветлителей, что обеспечивает большую скорость входящего потока и, таким образом, более эффективный по времени процесс осветления. [3] Пластинчатые осветлители также предлагают простую конструкцию, не требующую использования химикатов. Поэтому они могут выступать в качестве предварительной обработки для деликатных мембранных процессов. При необходимости можно добавлять флокулянты для повышения эффективности.

Производительность пластинчатого осветлителя может быть улучшена путем добавления флокулянтов и коагулянтов. [9] Эти химикаты оптимизируют процесс осаждения и обеспечивают более высокую чистоту сливаемой воды, гарантируя, что все более мелкие твердые частицы осядут в нижнем продукте ила. [10]

Еще одним преимуществом пластинчатого осветлителя является отсутствие механических движущихся частей. Таким образом, система не требует никаких затрат энергии, за исключением впускного насоса, и имеет гораздо меньшую склонность к механическим отказам, чем другие осветлители. Это преимущество распространяется и на соображения безопасности при эксплуатации установки. Отсутствие механических частей приводит к более безопасной рабочей среде с меньшей вероятностью получения травм. [10]

Хотя пластинчатый осветлитель преодолел множество трудностей, с которыми сталкиваются при использовании более традиционных осветлителей, все еще существуют некоторые недостатки, связанные с конфигурацией и эксплуатацией оборудования. Пластинчатые осветлители не способны обрабатывать большинство смесей исходного сырья, которые требуют некоторой предварительной обработки для удаления материалов, которые могут снизить эффективность разделения. Для сырья требуется первоначальная обработка в передовом тонком просеивании и удаление песка и жира, чтобы обеспечить надлежащий состав входящей смеси. [8]

Компоновка осветлителя создает дополнительную турбулентность , поскольку вода поворачивает на угол от подачи к наклонным пластинам. Эта область повышенной турбулентности совпадает с точкой сбора шлама, и текущая вода может вызвать некоторое повторное взвешивание твердых частиц, одновременно разбавляя шлам. [11] Это приводит к необходимости дальнейшей обработки для удаления избытка влаги из шлама. Входы и выходы осветлителя должны быть спроектированы так, чтобы равномерно распределять поток. [3]

Требуется регулярное техническое обслуживание, так как шлам стекает по наклонным пластинам, оставляя их грязными. Регулярная очистка помогает предотвратить неравномерное распределение потока. [3] Кроме того, плохо обслуживаемые пластины могут привести к неравномерному распределению потока и снизить эффективность процесса. [12] Плотно расположенные пластины затрудняют очистку. Однако можно установить съемные и независимо поддерживаемые пластинчатые пластины. [8]

Для коммерчески доступных пластинчатых осветлителей требуется иная геометрия бетонного бассейна и структурная поддержка 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. Необработанный поток исходной воды поступает сверху сосуда и стекает по подающему каналу под наклонными пластинами. Затем вода течет вверх внутри осветлителя между наклонными пластинами. В это время твердые частицы оседают на пластинах и в конечном итоге падают на дно сосуда. [3] Путь, по которому движется частица, будет зависеть от скорости потока суспензии и скорости осаждения частицы и может быть виден на втором рисунке. В нижней части сосуда бункер или воронка собирают эти частицы в виде шлама. Шлам может непрерывно или периодически выгружаться. Над наклонными пластинами все частицы оседают, и образуется осветленная вода, которая отводится в выпускной канал. Осветленная вода выходит из системы в виде выпускного потока.

Схема пластинчатого осветлителя на схеме трубопроводов и КИП (P&ID).
Поведение частиц при осаждении (пластинчатый осветлитель).

Существует ряд фирменных конструкций пластинчатых осветлителей. Наклонные пластины могут быть основаны на круглых, шестиугольных или прямоугольных трубах. Некоторые возможные характеристики конструкции включают:

Основные характеристики процесса

Очистители с пластинчатым осветлителем могут обрабатывать максимальную концентрацию исходной воды 10000 мг/л жира и 3000 мг/л твердых веществ. Ожидаемая эффективность разделения для типичного блока составляет:

Первоначальные инвестиции, необходимые для типичного пластинчатого осветлителя, 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 осаждения поверхности) для пластинчатого осветлителя колеблется от 10 до 25 м3/ч. При таких скоростях осаждения время удержания в осветлителе невелико, около 20 минут или меньше, [7] при рабочей производительности, как правило, от 1 до 3 м3 / час/м2 ( проекционной площади). [15]

Оценка характеристик

Разделение твердых веществ описывается эффективностью осаждения η. Которая зависит от концентрации, скорости потока, распределения размеров частиц, характера потока и упаковки пластин 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 сократить время удержания по сравнению с обычными осветлителями. Увеличение скорости загрузки в 2-3 раза по сравнению с обычным осветлителем (того же размера). [14]

Общую площадь поверхности, необходимую для осаждения, можно рассчитать для пластинчатой ​​конструкции с N пластинами, каждая из которых имеет ширину W, шаг пластин θ и расстояние между трубками p.

Где,

А = Вт∙(Np+cos θ)

В таблице 1 представлены характеристики и рабочие диапазоны различных установок осветления. [14]

Где скорость перелива является мерой емкости загрузки жидкости осветлителя и определяется как скорость входящего потока, деленная на горизонтальную площадь осветлителя. Время удерживания является средним временем, в течение которого частица остается в осветлителе. Мутность является мерой облачности. Более высокие значения эффективности удаления мутности соответствуют меньшему количеству частиц, остающихся в очищенном потоке. Скорость осаждения частиц также можно определить с помощью закона Стокса . [17]

Эвристика проектирования

Системы последующей обработки

Как поток перелива, так и поток нижнего продукта из пластинчатого осветлителя часто требуют последующей обработки. Поток нижнего продукта часто проходит процесс обезвоживания , такой как сгуститель или ленточный пресс-фильтр, чтобы увеличить плотность шлама . Это важная последующая обработка, поскольку шлам нижнего продукта часто не может быть повторно использован обратно в процессе. В таком случае его часто необходимо транспортировать на завод по утилизации, и стоимость этой транспортировки зависит от объема и веса шлама. [3] Таким образом, эффективный процесс обезвоживания может привести к существенной экономии средств. Там, где шлам может быть повторно использован в процессе, его часто необходимо высушить, и повторное обезвоживание является важным шагом в этом процессе.

Постобработка, необходимая для потока перелива, зависит как от характера входящего потока, так и от того, для чего будет использоваться перелив. Например, если жидкость, проходящая через пластинчатый осветлитель, поступает с тяжелого промышленного предприятия, может потребоваться постобработка для удаления масла и смазки, особенно если сточные воды будут сбрасываться в окружающую среду. Для физического запуска разделения воды и масел часто используется блок процесса разделения, такой как коагулятор . [19]

Для обработки питьевой воды перелив из пластинчатого осветлителя потребует дальнейшей обработки для удаления органических молекул , а также дезинфекции для удаления бактерий. Он также будет пропущен через ряд полировочных установок для удаления запаха и улучшения цвета воды. [3]

В пластинчатых осветлителях существует тенденция к росту водорослей на наклонных пластинах, и это может стать проблемой, особенно если перелив сбрасывается в окружающую среду или если пластинчатый осветлитель используется в качестве предварительной обработки для мембранной фильтрационной установки. В любом из этих случаев перелив требует последующей обработки, например, с помощью антрацитово -песчаного фильтра, чтобы предотвратить распространение водорослей вниз по течению от пластинчатого осветлителя. Поскольку наклонные пластины в пластинчатом осветлителе изготовлены из стали, не рекомендуется использовать хлор для контроля биологического роста, так как это может ускорить коррозию пластин . [7]

Новые разработки

Одной из вариаций стандартной конструкции пластинчатого осветлителя, которая разрабатывается, является способ сбора сточных вод в верхней части наклонных пластин. Вместо того, чтобы сточные воды текли по верхней части наклонных пластин в выпускной канал, они текут через отверстия в верхней части пластин. Такая конструкция обеспечивает более постоянное противодавление в каналах между пластинами и, следовательно, более постоянный профиль потока. Очевидно, что эта конструкция работает только для относительно чистых потоков сточных вод, поскольку отверстия быстро засоряются отложениями, что значительно снижает эффективность установки. [6] Другая новая конструкция включает регулируемую верхнюю часть сосуда, так что высоту сосуда можно изменять. Эта регулировка высоты осуществляется относительно дефлектора, который направляет входящий поток. Эта конструкция предназначена для использования для декантации ливневой воды. [20]

Другим изменением конструкции, повышающим эффективность сепарационного блока, является способ, которым стоки поступают в пластинчатый осветлитель. В стандартной конструкции осветлителя стоки поступают в нижнюю часть наклонных пластин, сталкиваясь с осадком, скользящим вниз по пластинам. Эта область смешивания делает нижние 20% наклонных пластин непригодными для осаждения. Спроектировав пластинчатый осветлитель таким образом, чтобы стоки поступали в наклонные пластины, не мешая нисходящему потоку шлама, можно повысить производительность пластинчатого осветлителя на 25%. [1]

Ссылки

  1. ^ ab Parkson Corporation (2012). Lamella EcoFlow (Отчет) . Получено 13 октября 2013 г.
  2. ^ Aguapuro Equipments Proprietary Limited. Осветлители и кларифлокуляторы (Отчет) . Получено 13 октября 2013 г.
  3. ^ abcdefghi Документ по разработке окончательных руководящих принципов и стандартов по ограничению сбросов для категории точечных источников металлических изделий и машин (PDF) (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США . 2003. Получено 20 октября 2020 г.
  4. ^ Meurer Research Inc (2013). Технология Plate Settler (Отчет) . Получено 13 октября 2013 г.
  5. ^ Смит, Аарон (11 ноября 2019 г.). «Как работает трубчатый отстойник – руководство по пластинчатому отстойнику, пластинчатому осветлителю». aqua-equip.com . Получено 20 октября 2020 г. .
  6. ^ ab Monroe Environmental Corp. (2013). Parallel Plate Settlers (Report) . Получено 13 октября 2013 г.
  7. ^ abcdefgh Ратнаяка, Дон Д.; Брандт, Малкольм Дж.; Джонсон, Майкл (2009). "Глава 7". Водоснабжение Twort's (6-е изд.). Оксфорд: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-0809-4084-7.
  8. ^ abc Water Environment Federation (2006). Проектирование осветлителя (2-е изд.). Maidenhead: McGraw-Hill Professional. ISBN 978-0071464161.
  9. ^ Волькерсдорфер, Кристиан (2008). Управление водными ресурсами в заброшенных затопленных подземных шахтах: основы, трассерные испытания, моделирование, очистка воды. Springer Science & Business Media. стр. 239. ISBN 9783540773313.
  10. ^ abcde Cheremisinoff, Nicholas P. (2002). "Глава 8". Справочник по технологиям очистки воды и сточных вод ([Online-Ausg.] ред.). Бостон: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-7498-0.
  11. ^ Американская ассоциация водопроводных сооружений (1999). "Глава 7". В Raymond D. Letterman (ред.). Качество и очистка воды: справочник по коммунальному водоснабжению (5-е изд.). Нью-Йорк [ua]: McGraw-Hill. ISBN 978-0070016590.
  12. ^ МакКин, Т. (2010). Новое применение пластинчатого осветлителя для улучшенной первичной очистки бытовых сточных вод (PDF) . 73-я ежегодная конференция инженеров и операторов водного хозяйства. Выставочный центр Бендиго: East Gippsland Water . Получено 20 октября 2020 г.
  13. ^ abcd McEwen, American Water Works Association Research Foundation, International Water Supply Association; редактор, J. Brock (1998). "5". Выбор процесса очистки для удаления частиц . Денвер, Колорадо: American Water Works Association. ISBN 978-0-8986-7887-1. {{cite book}}: |first=имеет общее название ( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  14. ^ abcd Парсонс, Саймон А.; Джефферсон, Брюс (2006). "Глава 4". Введение в процессы очистки питьевой воды . Эймс, Айова: Blackwell Pub. ISBN 978-1-4051-2796-7.
  15. ^ Перри, подготовлено группой специалистов под редакционным руководством главного редактора Дона В. Грина, покойного редактора Роберта Х. (2008). Справочник инженеров-химиков Перри (8-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 978-0071593137. {{cite book}}: |first=имеет общее название ( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ Институт химической инженерии и аппаратостроения Силезского технического университета (1995). «Влияние геометрии системы на эффективность седиментации пластинчатых отстойников». Chemical Engineering Science . 51 (1): 149–153. doi :10.1016/0009-2509(95)00218-9.
  17. ^ "Механическое разделение". А. Кайоде Коксер, в Ludwig's Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants (4-е изд.). Elsevier. 2007. стр. 373. ISBN 978-0-7506-7766-0.
  18. ^ Кучера, Джейн (2011). "Глава 8". Обратный осмос: процессы проектирования и применения для инженеров . John Wiley & Sons. ISBN 978-1-1182-1144-1.
  19. ^ Черемисинофф, Николас П. (2002). Справочник по технологиям очистки воды и сточных вод ([Online-Ausg.] ред.). Бостон: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0750674980.
  20. ^ EP 1391228, Морен, Антуан, «Установка для отвода ливневых вод с гидравлическим распределителем», опубликовано 25.02.2004, присвоено Hydroconcept