Технология применения дегидратора под давлением на водоочистных сооружениях
Намил Чо Вице-президент Кьюнгдонг Энг Генеральный директор ARK Сангхон Хонг
1. Введение: Дегидраторы под давлением для водоочистных установок
Вода, которую мы пьем, - это чистая вода, которую берут из плотины или реки и очищают на водоочистных сооружениях.
Процесс водоподготовки обычно включает в себя смешивание и флокуляцию посторонних веществ в воде с химическими веществами, чтобы заставить ее флокулировать и оседать, а сырая вода фильтруется для удаления взвешенных частиц и стерилизуется, чтобы сделать ее безопасной для питья.
Осажденные хлопья называются осадком, который собирается на шламонакопителе и обезвоживается в дегидраторе в процессе концентрации перед захоронением или переработкой.
Объем осадка, образующегося на водоочистных сооружениях, зависит от качества исходной воды, но составляет около 0,21 TP3T, его обезвоживают до влажности от 60 до 801 TP3T и утилизируют в виде шламового кека, а в соответствии с Законом об управлении отходами он может быть переработан, если его обезвоживают до влажности 701 TP3T или менее.
Большая часть образующегося шламового кека отправляется на свалку или сбрасывается в океан, а стоимость утилизации шламового кека, включая транспортные расходы, приближается к 20 000-30 000 вон за тонну.
Поэтому для снижения содержания влаги в шламовом кеке предпринимаются усилия по его уменьшению, а дегидраторы, которые просты в эксплуатации и управлении, выбираются после анализа экономической целесообразности с учетом первоначальной стоимости установки и затрат на обслуживание.
В настоящее время на водоочистных станциях чаще всего устанавливаются дегидраторы непрерывного действия ленточного типа, а в последнее время стали применяться дегидраторы под давлением, которые дороги по первоначальным затратам на установку, но имеют низкое содержание влаги и низкие затраты на обработку, поэтому мы опишем их применение.
2. Характеристики осадка водоочистки
Исследований характеристик осадка водоочистных сооружений было немного, но в связи с недавним внедрением очистных сооружений для сброса воды были изучены характеристики осадка для проверки производительности дегидраторов, однако характеристики осадка плотин и водохранилищ определить сложнее.
Стандартный диапазон качества воды для состава осадка, определенный в отчете “Исследование по утилизации и использованию осадка водоочистных сооружений” Корейской корпорации водных ресурсов, составляет 251 TP3T для концентрации поступающего осадка, 15～301 TP3T для интенсивного теплового сокращения и 1,3～1,7 для соотношения SiO₂/Al₂O₃, что используется в качестве условия гарантии производительности дегидраторов.
В данном случае, чем выше концентрация твердого вещества в осадке, тем выше производительность обезвоживания, в то время как удельная потеря тепла является показателем содержания органического вещества, и чем меньше удельная потеря тепла, тем ниже содержание органического вещества и тем лучше обезвоживание.
SiO₂ и Al₂O₃ занимают около 501 TP3T в твердых частицах осадка, а гидроксид алюминия, гидролизованный квасцами или ПАК в качестве флокулянта, является гидрофильным, поэтому чем больше соотношение SiO₂/Al₂O₃, тем лучше способность к обезвоживанию, поскольку сопротивление фильтрации снижается.
Для справки, состав осадка бытовых водоочистных сооружений приведен в таблице 1, а состав осадка японских водоочистных сооружений - в таблице 2.
Таблица 1 Состав осадка отечественных водоочистных станций
| Очистка воды |
Источник воды |
Снижение интенсивной жары (%) |
SiO₂ (%) |
Al₂O₃ (%) |
SiO₂/ Al₂O₃ |
| Цинчжоу |
Главная |
46.38 |
49.46 |
23.85 |
2.07 |
| Вторичный |
14.98 |
36.37 |
0.41 |
| Полмесяца |
Главная |
18.83 |
43.60 |
27.15 |
1.61 |
| Вторичный |
40.30 |
35.14 |
1.15 |
| Каменный замок |
Главная |
16.40 |
55.10 |
19.01 |
2.90 |
| Вторичный |
44.74 |
24.63 |
1.82 |
| Подпрыгивание |
Главная |
21.63 |
43.80 |
25.36 |
1.73 |
| Фамилия Мужская |
Главная |
21.60 |
32.58 |
29.71 |
1.10 |
| Гуми |
Главная |
|
40.96 |
28.14 |
1.46 |
| Смола |
|
21.43 |
|
|
1.34 |
| и бу |
|
20.72 |
|
|
1.57 |
| Среднее |
Саке включено |
23.85 |
40.61 |
27.71 |
1.56 |
| Исключает саке |
20.10 |
43.01 |
27.02 |
1.63 |
| Водная корпорация |
База знаний |
15-30 |
35 - 50 |
20-30 |
1,3 - 1,7 |
| С.Кава-мура |
Ссылки |
15 - 25 |
35-70 |
15 - 40 |
|
Таблица 2 Состав осадка водоочистных сооружений (Япония)
| Образцы |
Источник воды |
Уменьшите интенсивный нагрев (%) |
SiO2 (%) |
Al2O3 (%) |
SiO2/ Al2O3 |
Когда собирать |
| C-1 |
Разгрузка плотины |
19.5 |
44 |
25.5 |
1.73 |
6/14 |
| C-2 |
23.4 |
42.3 |
21.7 |
1.95 |
5/23 |
| C-3 |
26.6 |
38.0 |
24.7 |
1.54 |
8/2 |
| E-1 |
Вода в хранилище плотины |
37.5 |
20.2 |
35.4 |
0.57 |
9/10 |
| E-2 |
33.1 |
24.5 |
33.4 |
0.73 |
6/5 |
| E-3 |
38.5 |
22.2 |
30.6 |
0.73 |
8/2 |
| F-1 |
Вода в хранилище плотины |
22.6 |
35.4 |
25.1 |
1.41 |
11/27 |
| F-2 |
29.3 |
33.1 |
29.2 |
1.13 |
8/5 |
| H |
Дрейфующая вода |
17.5 |
45.9 |
23.4 |
1.96 |
Начало августа |
| I |
Подземные воды |
18.4 |
19.2 |
13.1 |
1.47 |
Начало августа |
| J |
Озера |
38.3 |
25.5 |
25.0 |
1.02 |
8/12 |
Источник: Япония, Вода и сточные воды VOL.23 NO.9 (1981)
3. Типы дегидраторов
Таблица 3 Типичное сравнение дегидраторов
| Категория |
Ленточный дегидратор непрерывного действия (ленточный пресс) |
Дегидратор под давлением (фильтр-пресс) |
Центробежный дегидратор (центробежный декантер) |
| Структура |
 |
 |
 |
| Как управлять автомобилем |
∙ Непрерывный |
∙ Пакетные выражения |
∙ Непрерывный |
| Метод обезвоживания |
∙ Сжатие ремня (фильтровальной ткани) |
∙ Сжатие воды или воздуха |
∙ Центрифугирование |
| Масштабируемость |
∙ Увеличение ширины фильтрации, скорости движения |
∙ Увеличение размера или количества камер |
∙ Увеличение диаметра чаши |
| Необходимая мощность |
∙ Низкая потребность в электроэнергии |
∙ Средняя мощность |
∙ Высокая динамика. |
| Скорость выполнения функций |
70～80% |
50～65% |
70～80% |
| Скорость обезвоживания |
100～200 кг.сут/м.час |
1～3.6 kg.DS/㎡.hr |
1～90㎥/час |
| Инъекции лекарств |
Полимерный флокулянт 0.1～1.0%./kg.DS |
Некоторые модели выпускаются без введения лекарств |
Полимерный флокулянт 0.2～1.2%./kg.DS |
| Плюсы |
∙ Возможность непрерывной эксплуатации. ∙ Длительная история поставок и внутреннее производство ∙ Низкая первоначальная стоимость установки ∙ Низкая потребность в электроэнергии |
∙ Не требуется дозирование ∙ Низкая влажность кека. ∙ Хорошее качество воды для разжижения. ∙ Хорошая реакция на изменение концентрации осадка. |
∙ Простота непрерывного и дистанционного управления. ∙ Малая занимаемая площадь ∙ Герметичная конструкция, обеспечивающая низкий уровень образования запаха ∙ Низкие требования к воде для очистки |
| Cons |
∙ Высокая потребность в воде для промывки фолликулов. ∙ Открытый тип, вызывающий неприятный запах. ∙ Много вспомогательного оборудования ∙ Чувствительность к образованию осадка. ∙ Шум от воды для промывки фолликулов. |
∙ Высокие первоначальные затраты на оборудование. ∙ Открытый тип выделяет запахи. ∙ Большой вес ∙ Низкая производительность водоочистной установки. |
∙ Сокращение срока службы из-за попадания осадков. ∙ Требуется квалифицированный персонал для обслуживания ∙ Высокое энергопотребление. |
Обезвоживание необходимо для уменьшения объема осадка, чтобы облегчить его обработку, минимизировать затраты на утилизацию и контролировать появление вторичных солей.
Для обезвоживания осадка на бытовых водоочистных сооружениях используются следующие виды обезвоживателей: ленточные обезвоживатели непрерывного действия, обезвоживатели под давлением и центробежные обезвоживатели. Схематическое сравнение структуры, преимуществ и недостатков используемых в настоящее время дегидраторов приведено в таблице 3.
4. Особенности дегидратора под давлением
4.1 Обзор объектов
Дегидратор под давлением был выбран для минимизации затрат на очистку за счет выгрузки шламового кека с относительно низким содержанием воды по сравнению с другими типами и использовался в Корее в основном для обезвоживания осадка на небольших очистных сооружениях с использованием флокулирующих реагентов (хлористый феррид и гашеная известь).
На водоочистных станциях его можно обезвоживать без использования флокулянта (полимера) для обезвоживания, и он внедряется, поскольку экономически выгодно повторно использовать обезвоженный фильтрат.
Обезвоживатель под давлением - это установка, в которой осадок подается на фильтровальную пластину, покрытую фильтровальной тканью, для прессования и отжимного обезвоживания, и оснащена корпусом обезвоживателя, насосом для подачи осадка, воздушным компрессором или отжимным устройством для создания давления, устройством для очистки фильтровальной ткани, бункером для хранения обезвоженного кека, конвейером для перемещения кека и т. д.
Первые дегидраторы, работающие под давлением, обезвоживали осадок путем отжима, но постепенно технология совершенствовалась, и был внедрен метод отжимного обезвоживания для дальнейшего снижения содержания влаги.
В случае мембранного (или диафрагменного) дегидратора под давлением (мембранный фильтр-пресс) основной корпус дегидратора состоит из гидравлического насоса и впускного цилиндра, фильтрующей плиты, фильтрующей ткани, мембраны или диафрагмы под давлением, каплесборника, устройства для промывки фильтрующей ткани, автоматического рабочего клапана и т.д.
Кроме того, после обезвоживания осадка может быть установлено приводное устройство, перемещающее фильтровальную ткань для плавного удаления осадка, прилипшего к фильтровальной пластине и фильтровальной ткани, и движение фильтровальной пластины и фильтровальной ткани может осуществляться автоматически, а в последнее время в зарубежных странах используется электропермеационный тип, использующий явление электрофореза для обезвоживания с помощью электродной пластины, установленной на внутренней поверхности фильтровальной пластины.
Процесс обезвоживания с использованием дегидратора под давлением показан на рис. 1.
4.2 Как работает обезвоживание
Концептуальная схема процесса обезвоживания в дегидраторе под давлением показана на рис. 2 на примере подвижной фильтровальной ткани.
Рис. 2 Технологическая схема дегидратора под давлением
(1) Закрытие фильтрующей пластины и процесс обезвоживания под давлением
Это процесс, происходящий в начале работы дегидратора под давлением или после окончания цикла, в котором каждая фильтрующая пластина прижимается к одной стороне гидравлическим насосом и гидроцилиндром, а между каждой фильтрующей пластиной образуется фильтрационная камера, в которую может быть введен осадок.
В зависимости от толщины фильтровальной камеры меняется скорость обезвоживания и толщина выгружаемого осадка, а в зависимости от характера осадка, характеристик обезвоживания и производителя используется от 20 мм до 40 мм, но наиболее распространенным является 30 мм.
Осадок, нагнетаемый в фильтрационную камеру илососом, разделяется на твердые частицы и фильтрат под действием давления насоса, твердые частицы удерживаются в фильтрационной камере фильтровальной тканью, установленной внутри фильтровальной плиты, а фильтрат выводится через фильтровальную ткань.
Если время прессования сокращается, толщина жмыха, образующегося в фильтрационной камере, становится тонкой, что затрудняет отделение жмыха от фильтровальной ткани в процессе выгрузки, и содержание влаги может увеличиться, поэтому в процессе прессового обезвоживания требуется высокое давление прессования. Напротив, более длительное время прессования может снизить содержание влаги в жмыхе, но время цикла увеличивается, а скорость обезвоживания снижается.
(2) Обезвоживание(Сжимает)
Сжатый воздух (5～7K) или сжатая вода подается на мембрану или диафрагму, установленную между каждой фильтровальной пластиной и фильтровальной тканью, и фильтровальная ткань находится под давлением для сжатия и обезвоживания осадка в фильтрационной камере для снижения содержания влаги в выгружаемом кеке.
В целом, чем выше давление нагнетания, тем ниже содержание влаги в кеке, но стоимость производства увеличивается, так как требуется конструкция, учитывающая давление нагнетания.
Мембрана, установленная на фильтровальной плите, обычно крепится к обеим сторонам нечетной плиты, но она также может быть прикреплена к обеим сторонам всей фильтровальной плиты.
(3) Процесс открытия фильтровальной пластины(Перестановка пластин)
Когда гидравлический цилиндр поворачивается для создания свободного пространства, механизм сдвига пластин открывает каждую фильтрующую пластину, а поддон под фильтрующей пластиной открывается, позволяя осадку в фильтровальной камере опуститься на дно.
В зависимости от того, сколько пластин открывается одновременно, время, необходимое для этого, сильно варьируется, что напрямую влияет на общее время цикла, т.е. на скорость обезвоживания. В зависимости от производителя, для открытия одной, двух или нескольких пластин одновременно требуется более 10 минут (тип фиксированной фильтровальной ткани),
все фильтровальные пластины открываются одновременно (подвижная фильтровальная ткань), что занимает менее минуты, но стоит дороже.
Когда каждая фильтровальная пластина открывается и кек в фильтровальной камере падает на дно, кек должен легко отделяться от фильтровальной ткани, а фильтровальная ткань должна быть очищена после отсоединения, чтобы обеспечить максимальную эффективность фильтрации в следующем процессе.
В соответствии с методом работы фильтровальной ткани для отслаивания жмыха и очистки фильтровальной ткани, метод, при котором фильтровальная ткань фиксируется на фильтровальной пластине для отслаивания и очистки, называется фиксированной фильтровальной тканью, а метод, при котором фильтровальная ткань перемещается в нижнюю часть для повышения эффективности отслаивания жмыха и очистки фильтровальной ткани, называется подвижной фильтровальной тканью.
(4) Очистка фильтровальной ткани(Стирка ткани)
Очистка фильтровальной ткани - это процесс, позволяющий повысить эффективность фильтрации в следующем цикле после окончания цикла, но он выполняется не каждый цикл и зависит от характеристик осадка и особенностей эксплуатации.
В случае стационарной фильтровальной ткани 1-2 камеры очищаются одновременно с помощью распылительной форсунки, а в случае мобильной фильтровальной ткани 5 камер (регулируемых) или более очищаются одновременно с помощью стационарной форсунки.
В целом, время, необходимое для процесса выгрузки кека или очистки фильтровальной ткани, влияет на общее время цикла, а время цикла - на скорость обезвоживания, что является важным фактором при определении производительности и технических характеристик дегидратора под давлением.
4.3 Классификация и поставщики дегидраторов под давлением
(1) Классификация дегидраторов, работающих под давлением
По типу фильтрующей плиты дегидраторы под давлением делятся на камерные и мембранные фильтр-прессы, а по структуре фильтрующей плиты - на дегидраторы общего типа, электропроницаемого типа с электродными плитами и сухого типа с паровыми трубами.
Однако электропроницаемый и сухой типы производят кек с низким содержанием влаги и требуют низких затрат на утилизацию кека, но это зарубежные технологии с высокой стоимостью оборудования и отсутствием отечественного опыта. В этой статье мы в основном рассмотрели метод мембранного прессового обезвоживания, который используется в последнее время.
Рис. 3 Вид на установку дегидратора под давлением на заводе по очистке воды в Японии
(2) Сравнение мембранных дегидраторов под давлением
Мембранные дегидраторы под давлением бывают двух типов: воздушного и водяного отжима.
Кроме того, в зависимости от состояния фильтровальной ткани при отделении кека или очистке фильтровальной ткани, они делятся на стационарные и мобильные (или передвижные), а в случае стационарной фильтровальной ткани, в зависимости от метода отделения кека, они делятся на общий тип без отдельного устройства, вибрационный тип, который вибрирует фильтровальную ткань, и скребковый метод, который скребет кек с помощью скребка.
Кроме того, по методу смещения пластин для открытия фильтрующих пластин, они делятся на метод открытия одной или нескольких фильтрующих пластин одновременно и метод открытия всех фильтрующих пластин одновременно. Эти типы могут быть выбраны в зависимости от производительности дегидратора, удобства и автоматизации эксплуатации и управления и представлены на рисунке 4.
Рис. 4 Классификация дегидраторов, работающих под давлением
(3) Текущее состояние отечественных поставщиков по производству дегидраторов под давлением
| Категория |
Фиксированная фильтровальная ткань |
Фильтровальная ткань мобильная (или передвижная) |
Электропроникающий |
| Геометрия |
 |
 |
 |
| Характеристики |
Высокая зависимость от отжимного обезвоживания из-за длительного времени прессования осадка.
Обезвоживание под давлением с помощью мембраны, использующей силу давления воздуха или воды при фильтрации под давлением |
Повышение эффективности работы за счет сокращения времени прессования осадка и увеличения количества циклов.
Обезвоживание под давлением с помощью мембраны, использующей силу давления воздуха или воды |
Добавьте электродные пластины к подвижной фильтровальной ткани ․ Уменьшите содержание кека с помощью электрофореза.
Обезвоживание с помощью мембраны под давлением воздуха |
| Скорость обезвоживания |
0.1 ～ 1.0kg.DS/㎡.hr |
1,0 ～ 3,6 кг.DS/㎡.hr |
1.0 ～ 10kg.DS/㎡.hr |
| Процессы, связанные с окончанием срока службы |
Прижатие каждой фильтровальной плиты с помощью гидравлического цилиндра |
Слева |
Слева |
| Процесс вдавливания |
Давление, создаваемое насосом для подачи осадка, составляет 4.5～5K |
Слева |
Слева |
| Процесс обжима |
․ Обезвоживание под давлением с помощью сжатого воздуха 6～7K или сжатой воды 15K |
Слева |
Сжатый воздух 6～7K с последующим электропроникающим обезвоживанием |
| Процесс модификации |
․ Перемещение 12 фильтрационных пластин, ․ Отделение жмыха без отдельного устройства или отделение с помощью вибрационного устройства и скребка ․ Очистка фильтрационной ткани: одновременная очистка 1～2 камер с помощью подвижной форсунки |
Одновременное перемещение всех фильтрующих пластин ․ Одновременное отделение коржей при перемещении фильтровальной ткани на дно ․ Очистка фильтровальной ткани: одновременная очистка более 5 камер с помощью фиксированной форсунки |
Слева |
| Скорость выполнения функций |
55 ～ 65% |
50 ～ 60% |
40 ～ 60% |
| Время цикла |
2 часа ～ 4 часа |
30 ～ 60мин |
9 ～ 30мин |
| Плюсы |
․ Низкая стоимость.
Требуется меньше места
Длительное время цикла и меньшее количество циклов движения, поэтому мембраны и т.д. имеют длительный срок службы. |
Высокая скорость обезвоживания благодаря короткому времени цикла.
Меньшее количество камер при той же производительности.
Отличная производительность выгрузки кека благодаря перемещению фолликулов. |
Кратчайшее время цикла для быстрого обезвоживания.
Наименьшая площадь установки оборудования.
Превосходная производительность выгрузки кека, так как это фолликулярный тип перемещения. |
| Cons |
․ Низкая скорость обезвоживания и большое количество камер.
Длительное время закрытия для выгрузки кека и очистки фильтровальной ткани. |
Существует риск сокращения срока службы мембраны из-за большого количества операций в связи с коротким временем цикла.
․ Большая площадь установки, так как вся фильтрующая пластина открывается и закрывается одновременно. |
Он является самым дорогим и не имеет истории установки в домашних условиях.
Чем больше требуемая мощность, тем ниже уровень влажности жмыха, но он подходит для большой производительности из-за большого потребления энергии. |
| Выполнение поставок |
Плотина Намган, водоочистная станция Сунчхон
20 станций очистки бытовых сточных вод (на основе камеры □1,500) |
10 мест, включая очистные сооружения (на основе камеры □1,500) |
Около 16 офисов в Японии |
| Поставщики |
․Sumjin EST (Noritake)
Промышленная компания Taeyoung
․Union (Ishikaki)
Netzsch Korea (Netzsch) |
․Юнион (Исикаки) ․Диай (Курита) |
․ Водная среда (Shinko Pantec) |
| Производитель (продавец) |
Технологические партнерства |
Примечания |
| Nechu Korea, Carbotech |
Нетцш (Германия) |
Параметр фильтрации |
| Летнее солнцестояние EST |
Норитаке (Япония) |
Параметр фильтрации |
| Ючхон Инжиниринг |
Самостоятельное производство |
Параметр фильтрации |
| Тхэ Ён Индастриз |
Самостоятельное производство |
Параметр фильтрации |
| Компания Water Environment Co. |
Shinko Pantec (Япония) |
Мобильная фильтровальная ткань (электрофильтрация) |
| (주)유니온 |
Исигаки (Япония) |
Фильтровальная ткань мобильная |
4.4 Установки для очистки бытовой воды(2003,3С начала месяца)
(1) Эксплуатируемые или установленные объекты
| Целочисленная продолжительность жизни |
Трансмиссия |
Сычуань |
Горячая кислота |
Поющие |
| Производительность объекта (м3/сутки) |
210,000 |
121,000 |
221,000 |
70,000 |
| Формат дегидратора |
Съемный |
Параметр фильтрации |
Съемный |
| Технические характеристики дегидратора |
□1.5m |
□1.5m |
□1.5m |
□1.0 m |
| Количество камер |
50 |
62(92) |
100 |
32 |
| Количество дегидраторов |
2 комплект |
2 комплекта |
3 комплекта |
2 комплекта |
| Используемые препараты |
Без лекарств |
Полимер |
Без лекарств |
Без лекарств |
| Объем осадка (кг.сут./сут.) |
10,163 |
4,111 |
11,990 |
|
| Концентрация осадка |
4% |
|
3% |
3% |
| Скорость обезвоживания (кг.DS/час.㎡) |
1.5 |
1.6 |
1.0 |
1.5 |
| Время цикла |
40мин |
3 часа |
2 часа |
45мин |
| Целевой показатель функции |
60% или менее |
60±5% |
60±5% |
60% |
| Возраст объекта |
‘2003 |
‘2001 |
‘2001 |
‘2002 |
| Прогресс |
Вождение |
Вождение |
Вождение |
Вождение |
(2) Объекты, находящиеся в стадии проектирования или строительства
| Целочисленная продолжительность жизни |
Уиван Чэнъе |
Южная Чолла |
Зерна бамбука |
Коммерция |
| Производительность объекта (㎥/д) |
40,000 |
210,000 |
250,000 |
40,000 |
| Формат дегидратора |
Съемный |
Стационарный |
Съемный |
Съемный |
| Технические характеристики дегидратора |
□1.5m |
□1.25 m |
□1.5m |
□1.0 m |
| Количество камер |
18 |
90 |
50 |
26 |
| Количество дегидраторов |
2 комплекта |
2 комплекта |
2 комплекта |
2 комплекта |
| Используемые препараты |
Без лекарств |
Без лекарств |
Без лекарств |
Без лекарств |
| Объем осадка (кг.сут./сут.) |
2,061 |
10,163 |
14,838 |
1,992 |
| Концентрация осадка |
3% |
4% |
3% |
3% |
| Скорость обезвоживания (кг.DS/час.㎡) |
1.3 |
1.6 |
1.5 |
1.5 |
| Время цикла |
50 мин |
3,5 часа |
45мин |
45мин |
| Целевой показатель функции |
60% или менее |
60% или менее |
60% или менее |
60% или менее |
| Год проектирования |
‘2003 |
‘2000 |
‘2002 |
‘2002 |
| Прогресс |
Дизайн |
В процессе строительства |
Дизайн |
Дизайн |
5. соображения при использовании дегидратора под давлением
5.1 Определите мощность
Как правило, продукция, изготовленная по японской технологии, определяет производительность дегидратора по скорости обезвоживания (кг.DS/час.㎡) с учетом количества осадка и времени работы, однако некоторые европейские и отечественные изделия рассчитывают производительность дегидратора путем пересчета объема камеры в количество осадка и перевода его в скорость обезвоживания. Для определения производительности необходимо, чтобы скорость фильтрации была достаточной для обработки образующегося осадка, обеспечивалось запланированное содержание влаги и была возможна автоматизированная работа без присмотра в соответствии с современными конструктивными решениями. Рис. 5 Характеристики дегидратора, работающего под давлением
Рис. 5 Характеристики дегидратора под давлением
5.2 Скорость обезвоживания(Скорость фильтрации или Скорость обработки)
(1) Общие сведения
Производительность дегидратора, как и других дегидраторов, определяется скоростью обезвоживания, которая обычно выражается в количестве сухого осадка, обработанного за единицу времени на единицу площади фильтровальной ткани (сухое вещество - кг.DS/час.㎡). Иногда используется показатель производительности за цикл, но его следует перевести в часовой, так как продолжительность цикла зависит от производителя и модели дегидратора (от 30 мин до 24 ч в зависимости от модели),
Количество циклов в день также следует учитывать при определении размера дегидратора, принимая во внимание планируемое ежедневное время работы. На производительность дегидратора под давлением влияют следующие факторы.
- 1) Концентрация осадка
- 2) Компоненты осадка (SiO₂, термическое восстановление, Al₂O₃)
- 3) Характеристики осадка (гранулометрический состав)
- 4) Температура воды
- 5) Мутность сырой воды
Рис. 6 Зависимость между консистенцией осадка C и скоростью фильтрации F
(2) Скорость обезвоживания в зависимости от концентрации и состава осадка Ниже приведены зависимости скорости обезвоживания в зависимости от концентрации и состава осадка на основе технических данных мобильного напорного обезвоживателя из фильтровальной ткани Исигаки.
1) Влияние концентрации осадка Взаимосвязь между концентрацией осадка и скоростью фильтрации показана на рисунке 6. На этом графике видно, что чем выше концентрация, тем выше скорость фильтрации.
Таким образом, видно, что предварительная обработка (концентрация в концентраторе) очень важна для производительности обезвоживания.
2) Влияние состава осадка
Тепловое сокращение В последние годы качество исходной воды в городах ухудшается, несмотря на различные усилия по ее сохранению. В частности, содержание органических веществ (терморедукция) растет из-за постоянно увеличивающегося объема бытовых сточных вод.
Высокий уровень терморедукции делает осадок более сжимаемым, что снижает его фильтруемость. На рисунке 7 показана зависимость скорости фильтрации от степени термического разложения. Кроме того, в водных источниках происходит эвтрофикация, что приводит к росту зеленых водорослей, вызывающих неприятные запахи.
Для устранения запахов в процессе очистки воды все чаще добавляют порошкообразный активированный уголь, а в сбрасываемом осадке часто содержится активированный уголь.
В связи с этим эффективность обезвоживания в дегидраторах на основе электрофореза сильно снижается из-за небольшого количества ионизирующих веществ, таких как Mn++ и Fe++ в порошкообразном активированном угле, но в механических дегидраторах эффективность практически не меняется, а в некоторых случаях немного улучшается за счет добавления порошкообразного активированного угля.
Рис. 7 Зависимость между потерей тепла и скоростью фильтрации F
Соли алюминия гидролизуются до гидроксида алюминия путем введения флокулянтов, таких как кремнезем/алюминий без ПАК, которые содержатся в осадке.
Гидроксид алюминия гидрофилен и образует гидратированные флокулы с высокой сжимаемостью, поэтому при увеличении количества этого компонента сжимаемость и обезвоживание ухудшаются.
Повышенная мутность исходной воды увеличивает содержание кремнезема, что снижает содержание алюминиевого компонента и, следовательно, улучшает обезвоживание.
Такое соотношение кремнезема и алюминия часто является причиной того, что летний осадок обладает хорошей обезвоживаемостью, а зимой разрушается.
Взаимосвязь между соотношением кремнезем/алюминий и скоростью фильтрации показана на рис. 8.
Рис. 8 Зависимость соотношения кремнезема и алюминия от скорости фильтрации F
В последние годы из-за ухудшения качества сырой воды в водоисточниках по всей стране эффект уплотнения осадка снизился, а эффективность обезвоживания с каждым годом уменьшается.
Особенно в зимний период существует риск дальнейшего ухудшения качества из-за снижения мутности исходной воды и температуры осадка, а также уменьшения соотношения кремнезема и алюминия.
В последнее время было опробовано несколько методов для повышения производительности обезвоживания. Среди них можно выделить электропроникание и обезвоживание с подогревом, которые используют электрическую или тепловую энергию для повышения скорости фильтрации и снижения влажности кека при сохранении основы метода обезвоживания без применения химических веществ.
Этот метод требует тщательного рассмотрения, поскольку он увеличивает потребление энергии и повышает стоимость оборудования.
(3) Уровень обезвоживания по типам
Скорость обезвоживания определяется на основе результатов пилотных испытаний с аналогичным качеством воды или продуктов с эксплуатационными данными, поскольку эксплуатационных данных по бытовым водоочистным станциям мало. Скорость обезвоживания и диапазон содержания воды в зависимости от мутности исходной воды и концентрации осадка по данным опыта Исигаки (Япония) приведены в таблице 4, а скорость обезвоживания и диапазон содержания воды по данным опыта Shinko Pantec приведены в таблице 5.
Таблица 4 Скорость обезвоживания подвижной фильтровальной ткани
| NTU |
Концентрация осадка (%) |
Скорость обезвоживания (кг.сухого вещества/㎡.час) |
Показатель функции торта (%) |
| 20 |
3 |
1.0 |
65±5 |
| 40 |
4 |
1.5 |
60±5 |
| 80 |
5 |
2.0 |
55±5 |
| 120 |
6 |
2.7 |
55±5 |
Таблица 5 Скорость обезвоживания при электрофильтрации
| NTU |
Концентрация осадка (%) |
Скорость обезвоживания (кг.сухого вещества/㎡.час) |
Показатель функции торта (%) |
| 20 |
3 |
1.5 |
60±5 |
| 40 |
4 |
2.2 |
55±5 |
| 80 |
5 |
2.8 |
50±5 |
| 120 |
6 |
3.4 |
50±5 |
Скорость обезвоживания для поддержания влажности жмыха на уровне 60～65 % показана в следующей таблице 6 в зависимости от времени цикла.
Таблица 6 Скорость обезвоживания в зависимости от времени цикла
| Разделение |
Длинная форма |
Короткое время |
Электропроникающий |
| Фильтрация |
Стационарный |
Съемный |
Съемный |
| Время цикла |
2～24 часа |
1～2hr |
9～30 мин |
| Скорость обезвоживания (кг.DS/час.㎡) |
0,1 - 0,5 |
0,5 - 3 |
1 - 10 |
| скорость работы пирога |
60～65% |
60～65% |
60～65% |
Скорость обезвоживания обратно пропорциональна времени цикла, поэтому время пропитки осадка, составляющее большую часть времени цикла, определяет скорость обезвоживания.
В случае неподвижной фильтровальной ткани требуется много времени для открытия и закрытия фильтровальных пластин, поэтому скорость обезвоживания снижается с увеличением количества циклов, поэтому, чтобы сократить время открытия и закрытия фильтровальных пластин, была разработана подвижная фильтровальная ткань, которая может открывать и закрывать все фильтровальные пластины одновременно.
Таким образом, даже если количество циклов велико, эффективность фильтрации высока за счет сокращения другого времени и времени прессования, а скорость обезвоживания высока. Поскольку размер устройства зависит от скорости обезвоживания, размер устройства следует рассчитывать, применяя скорость обезвоживания в зависимости от количества осадка для каждого типа.
В целом, в период высокой мутности, предусмотренный в проекте, устройство может работать до 24 часов без предварительной стадии, а поскольку оно обладает хорошей эффективностью обезвоживания, нет проблем со скоростью обработки, поскольку эффективность обезвоживания высока, а время работы не требует больших затрат.
Поэтому важно планировать пропускную способность осадка, образующегося в период средней мутности, когда эффективность обезвоживания низкая, например, зимой.
Таблица 7 Результаты пилотных испытаний дегидратора под давлением на станции очистки бытовых вод
| Формат |
Очистка воды |
Сувон |
Экспериментальный период |
Концентрация осадка (%) |
Скорость обезвоживания (кг.сухого вещества/㎡.час) |
Скорость функционирования торта (%) |
Примечания |
| A (съемный) |
Чхонджу |
Дамба Дэчхон |
‘98.5 |
1.62 |
1,36 - 1,67 |
54,0 - 56,8 |
15K Sq. |
| Алмаз |
Алмаз |
‘98.6 |
2.45 |
1.94 - 2.27 |
56,5 - 59,3 |
15K Sq. |
| Смола |
Плотина Фалданг |
‘99.7 |
3.15 |
1,48 - 2,69 |
56,2 - 60,5 |
15K Sq. |
| вабу |
Плотина Фалданг |
‘98.7 ‘98.7 ‘98.7 '99.7 |
2.86 0.68 5.1 |
1.74～2.4 0.96～1.0 1.69～2.01 |
42.7～45.4 54.0～54.7 58.9～59.6 |
15K Sq. |
| Магог |
Река Накдонг |
‘02.8 |
6.3 |
1,52 - 3,95 |
41,9 - 45,5 |
15K Sq. |
| Alpine |
Дамба Унмун |
‘02.8 |
4.62 |
1.04 - 2.78 |
47,8 - 52,1 |
15K Sq. |
| Поющие |
Дамба Гачанг |
‘02.8 |
2.0 |
1,13 - 1,73 |
53,1 - 56,3 |
15K Sq. |
| B (фиксированный) |
Горячая кислота |
Река Накдонг |
‘99.6～9 |
2.53 |
0,7 - 1,32 |
46.1 - 56 |
7K Sq. |
| Поющие |
Дамба Гачанг |
‘00.8 |
6.2 |
1.0 |
57.3 |
15K Sq. |
| Фасции |
Плотина Хвасун |
‘00.7 |
1.47 |
0,3 - 10,5 |
65,7 - 67,5 |
15K Sq. |
| Подпрыгивание |
Река Накдонг |
‘00.6～8 |
2.88 |
0,69 - 0,92 |
61.7～70 36.5～50 |
7K Sq. 15K Sq. |
| Зерна бамбука |
Река Накдонг |
‘02.9 |
5.4 |
1,09 - 1,3 |
42,7 - 43,6 |
15K Sq. |
| C (фиксированный) |
Подпрыгивание |
Река Накдонг |
‘02.1 |
3.39 |
0,39 - 1,0 |
55,5 - 63,2 |
15K Sq. |
| D (фиксированный) |
Смола |
Плотина Фалданг |
‘00.7 |
4.0 |
1,75 - 1,87 |
58,1 - 60,0 |
15K Sq. |
| Зерна бамбука |
Река Накдонг |
‘02.9 |
4.1 |
0.67 |
53.5 |
15K Sq. |
Таблица 8 Средняя скорость обезвоживания в зависимости от концентрации
| Продюсер |
Формат |
Очистка воды |
Средняя скорость обезвоживания по концентрации осадка (кг.сухого вещества/㎡.час) |
Примечания |
| 2% |
3% |
5% |
| A |
Фильтровальная ткань мобильная |
Чхонджу/Гошан/Гачан |
1,0 - 1,4 |
1,4 - 1,7 |
1,7 - 2,0 |
Вода источника плотины |
| Гымган/Мэгёк |
1,1 - 1,6 |
1,7 - 2,2 |
2,2 - 2,6 |
Дрейфующая вода |
| Смола/Видова |
1,2 - 1,5 |
1,6 - 1,9 |
1,9 - 2,1 |
Дрейфующая вода |
| B |
Параметр фильтрации |
Припев/порядок аккордов |
0,3 - 0,5 |
0,4 - 0,6 |
0,6 - 0,8 |
Вода источника плотины |
| Bounce/Hot Acid/Porridge |
0,4 - 0,7 |
0,6 - 0,9 |
0,9 - 1,2 |
Дрейфующая вода |
| C |
Параметр фильтрации |
Подпрыгивание |
0,3 - 0,5 |
0,4 - 0,6 |
0,6 - 0,9 |
Дрейфующая вода |
| D |
Параметр фильтрации |
Смола/соломка |
0,23 - 1,36 |
0,35 - 1,6 |
0,5 - 1,8 |
Дрейфующая вода |
Результаты пилотных испытаний каждого типа без введения химикатов на станции очистки хозяйственно-бытовых вод, использующей в качестве источника воды воду с плотины или капельную воду, приведены в таблице 7. При проектировании в соответствии с результатами пилотных испытаний концентрация осадка, вытекающего из резервуара для уплотнения, была пересчитана в среднюю скорость обезвоживания при 2%, 3% и 5% и приведена в таблице 8. Температура воды была основана на 5℃～25℃, а толщина фильтрационной камеры была основана на 30 мм, за исключением 20 мм для B, которая была основана на 30 мм.
Рис. 9 Характеристики обезвоживания пресс-фитинга по типам
** < Пилотное испытание Преобразование результатов > >
vc = Qc × (100-Wc)/100 ÷ Af
vc : скорость обезвоживания за цикл (кг.DS/㎡.цикл)
Qc : Вес жмыха (кг)
Wc : Содержание влаги в жмыхе (%)
Af: площадь фильтрации (㎡)
vh = vc × 60/tc
vh : Скорость обезвоживания в час (кг.DS/㎡.час)
tc : время цикла (мин)
TC = TF(время прессового обезвоживания)+TS(время отжимного обезвоживания)+TD(жмых
время отделения жмыха)+ tw(время очистки) + to(другое время)
․ Скорость обезвоживания за цикл :
VC’ = толщина эталонной камеры/толщина испытательной камеры
․ Время опрессовки конвертера:
tf’ = (концентрация испытуемого осадка/проектная концентрация)×(толщина эталонной камеры/толщина испытательной камеры)2×(вязкость осадка при расчетной температуре/вязкость осадка при температуре испытания)
․ Время цикла преобразования :
tc’ = tf’ + ts + td+ tw + to
․ Скорость обезвоживания за час конверсии : vh’ = vc’×60/tc’
5.3 Технические характеристики дегидратора
Размеры дегидраторов определяются длиной одной стороны квадратной фильтровальной пластины, и чем больше размер, тем больше площадь фильтрации, но даже в пределах одного и того же размера площадь фильтрации у разных производителей может отличаться. В целом, наиболее распространены средние и большие фильтровальные пластины размером 1 000, 1 500 и 2 000, а также несколько размеров, как показано в следующей таблице 9. Количество камер (количество фильтрующих пластин) должно определяться с учетом количества осадка, времени работы, продолжительности цикла и площади установки, но в случае неподвижной фильтровальной ткани чем больше фильтрующих пластин, тем дольше длится процесс освобождения, что снижает скорость обезвоживания, поэтому это следует учитывать при определении производительности.
< Выбор площади фильтрации > >
Qs×1/To×1/vh×1/Ac×1/Nf = количество камер
Qs : объем осадка средней или расчетной мутности
(кг.сухого вещества/㎡.час)
To : Время работы (ч/день)
vh : Скорость фильтрации (кг.сухого вещества/㎡.час)
Ac : Площадь фильтрации на камеру (㎡)
Nf : Количество ведущих колес дегидратора (единиц)
| Размер пластины (мм) |
Площадь фильтрации (㎡) / камера |
Количество камер |
Примечания |
| 250 |
0.085 |
10 |
Компания S |
| 320 |
0.072 |
От 3 до 10 |
Компания T |
| 400 |
0.18 |
От 3 до 40 |
Компания T, Y |
| 470(500) |
0,23 - 0,264 |
От 10 до 40 |
Компания S, Y |
| 630 |
0,43 - 0,46 |
10～50 |
Нити T, Y, N |
| 800 |
0,86 - 0,977 |
20-60 |
Нити S, Y, N |
| 930 |
1.16 |
От 30 до 100 |
Компания T |
| 1,000 |
1,5 - 1,6 |
8 - 100 |
S,U,Y,J,N |
| 1,200 |
2.1～2.2 |
40-100 |
Компании S, T, Y, N |
| 1,250(1,300) |
2,0 - 2,7 |
40-100 |
Компания T, Y |
| 1,500 |
3,5 - 3,6 |
18 - 100 |
S,U,Y,J,N |
| 2,000 |
6,4 - 6,95 |
32 - 100 |
U, Y, N нити |
5.4 CakeFunctionRate
Содержание влаги в обезвоженном кеке в обезвоживающей машине под давлением зависит от состава осадка и типа обезвоживающей машины, но обычно находится в диапазоне от 50 до 651 TP3T, и в определенных пределах, чем больше время прессования и время обезвоживания, тем ниже содержание влаги может поддерживаться. Также известно, что чем выше концентрация твердых частиц в поступающем осадке, тем выше скорость обезвоживания и тем ниже содержание кека.
В целом, время прессования и отжима осадка поддерживается длительным, чтобы максимизировать скорость обезвоживания и уменьшить содержание влаги в кеке, так как процесс раскрытия занимает время и трудно отделить кек, если толщина кекса мала, в то время как время прессования и отжима сокращается в случае подвижного типа фильтровальной ткани, чтобы увеличить скорость обезвоживания, так как процесс раскрытия занимает меньше времени и кек легко отделяется по мере движения фильтровальной ткани.
5.5 Заключение
(1) Расчетная скорость фильтрации по типам
Производительность обезвоживания любой модели будет несколько отличаться в зависимости от процесса водоподготовки, например, от сезонных колебаний качества исходной воды, изменения состава осадка и использования флокулянта.
В случае речной или озерной воды сопротивление фильтрации возрастает из-за высокой вязкости при низкой температуре воды, а если в осадке появляются водоросли, то они содержатся в виде мелких частиц, поэтому аналитически классифицируются как органические вещества и становятся труднофильтруемыми.
Зимой, когда количество ливневых стоков невелико и объем воды уменьшается, поступающие частицы становятся мельче, а доля органических веществ увеличивается. В случае с прудовой водой количество органических веществ, как правило, выше, чем в речной воде, а концентрация твердых частиц в осадке ниже, что приводит к низкой эффективности обезвоживания.
Таким образом, эффективность обезвоживания зависит от качества исходной воды, но поскольку дегидратор под давлением находится на начальной стадии внедрения, данные об эффективности обработки для каждого качества воды отсутствуют, поэтому для точного обезвоживания необходимо предварительно провести эксперименты с осадком, соответствующим качеству воды.
Учитывая, что расчетная концентрация концентрированного осадка на бытовых водоочистных станциях составляет в среднем от 3 до 51 TP3T, в качестве расчетного условия используется самый низкий стандарт 31 TP3T, и на основании приведенных выше экспериментальных результатов в следующей таблице 10 приведен пример расчета соответствующей скорости обезвоживания по типу дегидратора под давлением.
В случае исходной воды с плотины трудно установить стандарт, поскольку характеристики каждого типа на сегодняшний день недостаточны, но бывают периоды, когда скорость обезвоживания снижается, например, при низкой мутности зимой, поэтому экономически целесообразно принять скорость обезвоживания в низком диапазоне и учесть некоторую свободу действий при выборе стандарта, или принять такие меры, как увеличение времени работы или использование запасной машины.
| Категория |
Расчетные условия: концентрация 3%, толщина камеры 30 мм. |
| Параметр фильтрации |
Фильтровальная ткань мобильная |
| Вода из источника плотины, речная вода |
0.5～0.7 кг.DS/㎡.час |
1.0～1.5 kg.DS/㎡.hr |
При летнем высоком уровне мутности производительность обезвоживания увеличивается в 2 раза за счет повышения эффективности обезвоживания, а время работы достаточно для работы в течение 24 часов с использованием резерва, поэтому важно выбрать спецификацию устройства со скоростью обезвоживания, удовлетворяющей средней мутности в расчетных условиях.
(2) Пересмотр методов эксплуатации для гарантии проектного коэффициента
В процессе скважинного обезвоживания путем приложения давления к мембране после скважинной фильтрации осадка обычно содержание воды в кеке осадка пропорционально силе сжатия в определенном диапазоне.
Согласно приведенным ниже таблице 11 и таблице 12, для поддержания расчетного содержания влаги в кеке 60% в целом, необходимо отжимное обезвоживание под давлением воды 15 кг/㎠, за исключением электропермеации с отдельным устройством обезвоживания, согласно японским техническим данным и результатам пилотных испытаний в Корее.
| Концентрация осадка (%) |
Содержание влаги в жмыхе |
| 7 кг/㎠ (давление воздуха) сжатия |
15 кг/㎠ (давление воды) обжимка |
| 2 |
73% |
60% |
| 3 |
70% |
56% |
| 4 |
67% |
54% |
| 5 |
64% |
51% |
| 6 |
60% |
48% |
| Тест |
Средняя влажность жмыха |
| 7 кг/㎠ (давление воздуха) сжатия |
15 кг/㎠ (давление воды) обжимка |
| Фиксированная фильтровальная ткань |
59%～65% |
57%～60% |
| Съемная фильтрующая ткань |
-. |
55%～60% |
(3) Обзор торта для автоматизации без присмотра
После обезвоживания осадка кек, плотно прилегающий к фильтровальной ткани, отделяется от нее и выгружается для запуска следующего цикла, но если кек отделяется неравномерно, его необходимо отделить с помощью человека, поэтому автоматическая работа без участия оператора невозможна.
В целом, при обезвоживании путем введения флокулирующих химикатов (в основном гашеной извести и хлористого железа), кек получается толстым и отделяется относительно хорошо, но если химикаты не вводятся, кек получается тонким, прилипает к фильтровальной ткани и плохо отделяется.
В случае с подвижной фильтровальной тканью сама фильтровальная ткань движется снизу вверх, поэтому даже если толщина кека небольшая, эффективность разделения хорошая.
В случае неподвижного типа фильтровальной ткани, чем больше толщина коржа, тем лучше разделение за счет самогравитации, но если толщина коржа тонкая, разделение не будет хорошим, поэтому для разделения требуется отдельное автоматическое устройство для разделения (вибратор фильтровальной ткани, скребок и т.д.).
Ссылки
- Комплексное проектирование водоочистных сооружений (С.Кавамура)
- Стандарты канализационных сооружений. 1998 Корейская ассоциация водопроводных сооружений
- Стандарты объектов водоснабжения. 1997 Корейская ассоциация водопроводных сооружений
- Технические данные Ishigaki Company LTD., Япония
- Технические данные Shinko Pantec, Япония
- Отчет об исследовании Корейской корпорации водных ресурсов
Korean 
English 
Russian