Способ гранулирования осадков сточных вод

 

Изобретение относится к способам утилизации и переработки, в частности гранулирования коммунальных и производственных осадков на очистных сооружениях. Способ включает продавливание пастообразного осадка через перфорированную матрицу при градиенте скорости сдвига осадка в отверстиях матрицы 20 - 90 с^-1. При этом гидравлическое сопротивление перфорированной матрицы поддерживают 0,05 - 0,5 МПа в центре матрицы со снижением к периферии до 0,01 - 0,1 МПа по параболическому закону. Способ позволяет снизить удельные энергозатраты на продавливание осадка, которые составляют 0,43 - 0,1 кВт · ч/т осадка. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к способам утилизации и переработки, в частности гранулирования коммунальных и производственных осадков на очистных сооружениях.

Уровень техники заключается в следующем.

Известен способ получения гранулирования пастообразных материалов продавливанием структурированной массы через каналы матрицы, имеющей определенные размеры и форму [Процессы гранулирования в промышленности / Вилесов Н.Г. и др. М.: Техника, 1976, стр. 105].

Недостатком способа является необходимость предварительной подготовки материала - принудительной пластификации, представляющей собой процесс образования высокомолекулярной коагуляционной структуры.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения гранул из осадков сточных вод, включающий продавливание пастообразного осадка через перфорированную матрицу с постоянным гидравлическим сопротивлением [патент Японии N 57-27760, С 02 F 11/12, 1982].

Данный способ позволяет получать гранулы заданного размера на компактных установках большой производительности, однако он не обеспечивает одинаковую скорость осадка в отверстиях матрицы от центра к периферии из-за неравномерного поля скоростей перед матрицей, имеющей по оси - максимальное значение и падающей до нуля у стенки. Это приводит к неэффективному использованию матрицы и неоправданным затратам на продавливание осадка в периферийной зоне из-за высокой вязкости осадка при низких градиентах скорости сдвига осадка в отверстии.

Сущность изобретения заключается в следующем: Изобретение направлено на решение задачи - снижение энергетических затрат на гранулирование осадка. Решение данной задачи опосредовано новым техническим результатом - нахождение оптимальных параметров продавливания и изменения гидравлического сопротивления перфорированной матрицы.

Существенными признаками изобретения является продавливание пастообразного осадка через перфорированную матрицу.

Отличающими признаками являются: 1) продавливание осадка через перфорированную матрицу проводят при градиенте скорости сдвига осадка в отверстиях матрицы 20-90 с^-1; 2) гидравлическое сопротивление перфорированной матрицы поддерживается 0,05-0,5 МПа в центре матрицы со снижением к периферии до 0,01-0,1 МПа по параболическому закону.

Экспериментами установлено, что продавливание осадка с градиентами скорости сдвига в отверстиях более 20 с^-1 приводит к разрушению внутренней структуры осадка и скачкообразному уменьшению его кажущейся вязкости, что в свою очередь снижает (приводит к снижению) удельные энергозатраты на продавливание осадка через отверстия матрицы.

При градиенте скорости сдвига более 90 с^-1 наблюдается гидродинамическая неустойчивость потока, получаемые гранулы имеют "рваную" поверхность.

Экономически целесообразный градиент скорости сдвига в отверстиях матрицы 20-90 с^-1 при технически приемлемых для утилизации осадков сточных вод размерах гранул 1-5 мм требует обеспечения гидравлического сопротивления матрицы в центре 0,05-0,5 МПа со снижением к периферии до 0,01-0,1 МПа по параболическому закону.

При гидравлических сопротивлениях матрицы менее 0,05 МПа в центре и 0,01 МПа на периферии процесс гранулирования технически невозможен из-за близкого расположения формующих отверстий друг к другу, приводящего к слипанию сформованных цилиндриков за матрицей. При большем гидравлическом сопротивлении матрицы процесс продавливания осадка сопровождается гидродинамической неустойчивостью потока и повышением удельных энергозатрат.

Уменьшение гидравлического сопротивления перфорированной матрицы от центра к периферии по параболическому закону создает условия для одинаковой скорости осадка в отверстиях матрицы по всей поверхности и эффективному ее использованию. Отклонения от параболического закона приводит к нарушению баланса между гидравлическим сопротивлением перфорированной матрицы и скоростным напором осадка по всему сечению матрицы. В результате чего требуются дополнительные затраты на продавливание осадка в периферийной зоне из-за повышения кажущейся вязкости при низких градиентах скорости сдвига осадка в отверстиях.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1. Осадок илонакопительной станции по очистке сточных вод с массовой долей влаги 82% продавливается через матрицу толщиной 5 мм с диаметром отверстий 4 мм. Гидравлическое сопротивление перфорированной матрицы в центре составляет 0,06 МПа, на периферии - 0,015 МПа. Значение удельных (на 1 т осадка) энергозатрат при различных градиентах скорости сдвига представлены в табл. 1. Регулирование градиента скорости сдвига при неизменном диаметре отверстий осуществляют изменением расхода осадка.

Из табл. 1 следует, что при уменьшении градиента скорости сдвига менее 20 с^-1 удельные энергозатраты возрастают из-за высокой вязкости осадка. При градиентах скорости 20-90 с^-1, продавливание требует меньших удельных энергозатрат, гранулы получаются с заданными размерами, процесс продавливания устойчив.

Пример 2. В условиях примера 1 градиент скорости сдвига в отверстиях составляет 30 с^-1. Значения удельных (на 1 т осадка) энергозатрат на продавливание при различных гидравлических сопротивлениях перфорированной матрицы представлены в табл. 2. Регулирование гидравлического сопротивления матрицы при неизменном диаметре отверстий осуществляют изменением "живого" сечения матрицы.

Из табл. 2 видно, что при гидравлических сопротивлениях матрицы менее 0,05 МПа в центре и 0,01 МПа на периферии, процесс гранулирования технически невозможен из-за близкого расположения формующих отверстий друг к другу, приводящего к слипанию сформованных цилиндриков за матрицей. Гидравлическое сопротивление матрицы в интервале 0,05-0,5 МПа в центре и 0,01-0,1 МПа на периферии обеспечивает устойчивость процесса продавливания осадка через матрицу, требует меньших удельных энергозатрат. При большем гидравлическом сопротивлении матрицы процесс продавливания осадка сопровождается гидродинамической неустойчивостью потока и повышением удельных энергозатрат.

Формула изобретения

1. Способ гранулирования осадков сточных вод методом продавливания через перфорированную матрицу, отличающийся тем, что продавливание проводят при градиенте скорости сдвига осадка в отверстиях матрицы 20 - 90 с^-1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидравлическое сопротивление в центре перфорированной матрицы поддерживают в пределах 0,05 - 0,5 МПа со снижением к периферии до 0,01 - 0,1 МПа по параболическому закону.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2