Флотационные илоуплотнители

Горизонтальный флотационный илоуплотнитель

4.6. Технологическая схема флотационной установки для уплотнения ила основана на использовании метода напорной флотации с непосредственным насыщением ила воздухом под избыточным давлением и искусственном разбавлении уплотняемого ила подиловой водой.

Флотационный илоуплотнитель состоит из флотореактора и флоторазделителя, размещенных в одном прямоугольном корпусе, разделенном продольными вертикальными перегородками на сообщающиеся секции I, II, III. (рис. 21).

Рис. 21. Схема флотационного илоуплотнителя

1 - распределительная система флоторазделителя; 2 - распределительная система из прямоугольных пластин; 3 - регулируемый водослив; 4 - лоток для сбора уплотненной пены; 5 - дросселирующее устройство; 6 - продольные перегородки; 7 - сборная насадка; 8 - полупогружная перегородка; 9 - лоток для сбора подиловой воды; 10 - телескопические водосливы; 11 - пакет радиальных пластин; 12 - трапецеидальные перегородки; 13 - пирамидальные днища; 14 - трубопровод опорожнения и выпуска осадка; 15 - перепускные окна; 16 - щель для вывода подиловой воды; 17 - нижняя перегородка; 18 - скребковый механизм; 19 - прямоугольные наклонные пластины; 20 - щелевая труба

Технологическая схема флотационного уплотнителя включает в себя: сборный резервуар для избыточного активного ила, узел насыщения ила воздухом под избыточным давлением, состоящий из центробежного насоса, эжектора и напорного бачка, флотореактор и флоторазделитель, разделенный продольными параллельными вертикальными перегородками на сообщающиеся секции I, II, III (рис. 22).

Рис. 22. Схема флотационного уплотнителя избыточного активного ила (ИАИ)

1 - сборный резервуар; 2 - центробежный насос; 3 - эжектор; 4 - напорный бак; 5 - дросселирующее устройство; 6 - флотореактор; 7 - флоторазделитель; 8 - сборный лоток; 9 - сборный карман; 10 - скребковый механизм; 10 - продольные вертикальные перегородки; I, II, III - сообщающиеся секции флоторазделителя

Избыточный активный ил из сборного резервуара центробежным насосом передается в напорный бак, где происходит растворение воздуха, диспергированного в ил эжектором, установленным на перемычке между всасывающим и напорным патрубком насоса. Затем активный ил, насыщенный воздухом, подается через дросселирующее устройство в флотореактор, где в результате снижения давления происходит выделение пузырьков воздуха, образующих с хлопьями активного ила флотокомплексы, которые всплывают на поверхность во флоторазделителе, откуда в виде флотационной пены собирают скребковым механизмом в сборный лоток и поступают на дальнейшую обработку. Подиловая вода из I секции флоторазделителя перетекает во II секцию, a из секции II в III и сливается в сборный карман после III секции (см. рис. 22). Таким образом, подиловая вода предыдущих секций участвует во флотационном разделении ила последующих секций.

4.7. Во флотореакторе происходит взаимодействие хлопьев активного ила с пузырьками воздуха, выделяющимися при снижении избыточного давления до атмосферного с образованием флотокомплексов. Взаимодействие во флотореакторе происходит в условиях турбулентного перемешивания образующейся трехфазной системы: воздух, жидкость и твердые частички осадка.

Флотореактор располагается с торцовых сторон корпуса. Во II секции со стороны выпуска подиловой воды, а в I и III - с противоположной стороны (см. рис. 21). Флотореактор оборудован дросселирующим устройством 2 и распределительной системой из прямоугольных пластин 3, размещенных у днища корпуса илоуплотнителя.

Каждое дросселирующее устройство состоит из трубы диаметром 50 мм со щелевым вырезом по всей длине трубы и колпака, расположенного над щелью (рис. 23). Колпак выполняется из трубы D = 80-100 мм, разрезанной по диаметру. Труба для подачи иловой жидкости имеет торцевые заглушки, а к колпаку, перпендикулярно продольно оси трубы, привариваются прямоугольные пластины высотой 200-300 мм, служащие для равномерного распределения потока иловой жидкости во флотореакторе. Шаг пластин 200-250 мм.

Рис. 23. Дросселирующее устройство

1 - труба подачи иловой жидкости Д = 50 - 80 мм; 2 - прямоугольные пластины; 3 - щелевидный вырез шириной 6-8 мм по всей длине трубы; 4 - колпак из половины трубы Д = 80 - 100 мм

Длина флотореактора ограничена нижней перегородкой, установленной на расстоянии 600 мм от торцевой стенки корпуса и верхней, расположенной на расстоянии 300 мм (см. рис. 21). Нижняя перегородка крепится к днищу, а ее верх расположен на уровне верхней кромки прямоугольных пластин, приваренных к колпаку дросселирующего устройства. Верхняя перегородка не доходит до верхнего уровня пены 150-200 мм.

Флотореактор рассчитывают на время пребывания иловоздушной смеси в нем 2-3 мин.

4.8. Флоторазделитель служит для сбора образовавшихся хлопьев ила с пузырьками воздуха в пенный слой и отстаивания этого слоя на поверхности илоуплотнителя.

Флоторазделитель оборудован распределительной системой, расположенной за флотореактором и сборной насадкой, расположенной над щелью для вывода подиловой воды, образованной днищем корпуса и полупогруженной перегородкой, не доходящей до дна на 500 мм (см. рис. 21).

Распределительная система выполняется в виде пакета прямоугольных наклонных пластин на всю ширину каждой секции, разделенных поперечным прямоугольными пластинами на ячейки размером 100х100 мм. Угол наклона пластин 45°, длина 500, 700 мм.

Сборная насадка состоит из пакета радиальных пластин на всю ширину каждой секции, сходившихся к щели под углом 15°. Длина радиальных пластин 60-80 см.

Нижняя часть всех флоторазделителей имеет форму усеченных пирамид и снабжена трубопроводом опорожнения и выпуска осевшего осадка. Уклон дна к трубопроводу опорожнения равен 0,15-0,5 %.

В продольных перегородках, делящих корпус на секцию, имеются окна для перепуска подиловой воды из сборного канала I секции во флотореактор II секции и из сборного канала IIсекции во флотореактор III секции. Размер окон 300х1000 мм.

Корпус илоуплотнителя снабжен лотком для сбора уплотненной пены и подиловой воды после III секции, размеры которых принимаются конструктивно.

Отбор подиловой трубы осуществляется только после III секции при помощи щелевой трубы и регулируемых водосливов, (см. рис. 21).

Узел для насыщения ила воздухом под избыточным давлением

4.9. Диспергирование воздуха в ил производится эжектором, установленным на перемычке между напорным и всасывающим патрубком насоса, подающего ил на уплотнение. Расход ила, подаваемый на эжектор, составляет 2-4 % расхода обрабатываемого ила. Производительность центробежного насоса, подающего ил на уплотнение, определяется производительностью установки. Напор, развиваемый насосом, должен быть не менее 0,5-0,6 МПа (5-6 кг/см²).

Насос устанавливается под заливом, гидростатический напор перед насосом должен быть не более 0,025-0,03 МПа (0,25- 0,3/см).

Напорный бак (рис. 24), предназначенный для растворения воздуха, диспергированного в иловую жидкость эжектором, работает следующим образом.

Иловая жидкость с воздухом поступает в верхнюю часть бака по перфорированной трубе с отверстиями 10 мм или соплами с выходным отверстием 20-30 мм, распыляется отражательным щитом и орошает насадку из колец Рашига 50х50х5 или 10х100х10, расположенную на ложном перфорированном днище с отверстиями 25-35 мм. При прохождении воздушной смеси через загрузку из колец Рашига происходит растворение в иле воздуха. Иловоздушная смесь отбирается при постоянном уровне ниже ложного днища и поступает в дросселирующие устройства флотореактора. Он оборудуется предохранительным клапаном, поддерживающим постоянное давление и стравливающим излишек воздуха, манометром и опорожнительным трубопроводом.

Напорный бак рассчитывают на время пребывания иловой жидкости в нем (4-5 мин).

Рис. 24. Схема напорного бака

1 - опорожнение напорного бака; 2 - ложное перфорированное днище; 3 - сопла; 4 - отражательный щит; 5 - манометр; 6 - предохранительный клапан; 7 - подача ила с воздухом; 8 - насадка из колец Рашига; 9 - отвод иловоздушной смеси во флотореактор

Принципы автоматизации производственного процесса

4.10. С целью обеспечения оптимального режима работы насосов, подающих избыточный активный ил, необходимо, чтобы ил в сборном резервуаре находился на уровне 2,5-3 м.

На напорные линии подающих насосов устанавливаются расходомеры для учета количества подаваемого на уплотнение ила. Замер количества воздуха, подсасываемого эжектором, рекомендуется производить ротаметром или газобарабанным счетчиком, подсоединенным к всасывающему патрубку эжектора. Расход воздуха регулируется краном, установленным на воздушной трубке.

Напорный бак оборудуется манометром для измерения давления, предохранительным клапаном, срабатывающим при превышении рабочего давления, и датчиками уровня ила. Датчик верхнего уровня устанавливается на 10 см ниже ложного днища.

На линиях подачи насыщенного воздухом ила в каждой секции устанавливаются расходомеры. Регулировка подачи ила в секцию производится задвижками. На линии сброса подиловой воды устанавливается расходомер.

Необходимо предусмотреть возможность регулирования скорости движения скребкового транспортера от 0,3 до 0,6 м/мин.

Замер количества воздуха, подачи избыточного активного ила, распределения его по секциям и сброса подиловой воды должен быть выведен на пульт управления работой флотационного илоуплотнителя, который располагается непосредственно у установки. Оператор с пульта управления осуществляет управление работой насосов, подающих избыточный активный ил на уплотнение, и включение и выключение скребкового механизма.

Расчет горизонтального флотационного уплотнителя с разбавлением уплотняемого ила подиловой водой

4.11. Исходными параметрами для расчета являются: начальная концентрация ила С_о (кг/м³), иловый индекс при концентрации 1 г/л I_i (cм³/г), расход ила Q_i (м/ч). В результате расчета определяются геометрические размеры уплотнителя. При расчете уплотнителя принимают количество ступеней - 3. Расход ила на один уплотнитель не должен превышать 100 м³/ч. Высоту зоны осветления Н_р принимают равной 0,8-1,5 м, высоту зоны уплотнения: Н_у = 0,8-1,5 м, высоту нейтральной зоны: Н_n = 0,4-0,5 м, высоту борта: Н_B = 0,3-0,5 м.

Влажность уплотненного ила при времени пребывания его в зоне уплотнения 2 ч принимают 95,5-96 %, при времени пребывания 3 ч - 91,5-95%. Концентрация твердой фазы в подиловой воде примерно составляет 100 мг/л при удельном расходе воздуха 7-8 л/кг твердой фазы и 50 мг/л при удельном расходе воздуха 10 л/кг. Скорость потока жидкости и зоне осветления составляет: v_w = 2-5 мм/с. Расход ила на первую ступень уплотнения принимается равным, м³/ч:

Q¢_i = Q_i/3; .

Длина уплотнителя рассчитывается по формуле

L_bl = l_p+l_f+b, (135)

где l_p - длина флоторазделителя, м; l_f - длина флотореактора, принимается равной 0,6 м; b - ширина сборного лотка 0,2 м

, (136)

где K_set - коэффициент использования объема 0,8 при наличии устройств для равномерного распределения и 0,5 при их отсутствии; K_p - коэффициент, принимаемый по табл. 50 в зависимости от концентрации ила; v_ib - турбулентная составляющая скорости потока 0,01-0,05×10^-2 м/с; u - скорость всплывания флотокомплексов, принимается по табл. 51.

Таблица 50

Удельный расход воздуха на уплотнение принимают 7,5 - 10 л/кг твердой фазы.

Таблица 51

Расход жидкости Q_s поступающей на вторую ступень флотационного уплотнителя, равен, м³/ч:

= + Q¢_nb, (137)

где Q_i - расход ила, поступающего на уплотнение во вторую ступень, м³/ч; Q_nb - расход подиловой воды, которая поступает из первой ступени, м³/ч:

, (138)

где - концентрация ила, поступающего на уплотнение, кг/м³; С_у - концентрация уплотненного ила, принимается 40-60 кг/м³; С_w - концентрация ила в подиловой воде, кг/м³.

Ширина первой B₁ ступени уплотнителя определяется по формуле, м:

. (139)

Ширина второй и третьей ступеней определяется с учетом расхода поступающей на них жидкости. Общая высота флотационного уплотнителя Н принимается конструктивно и равна, м;

H = H_р+ H_y + H_n + H_b. (140)

Пример расчета флотационного илоуплотнителя горизонтального типа

4.12. На уплотнение подается избыточный активный ил объемом Q_i = 100 м³/ч, с концентрацией С_о = 6 кг/м³ и иловым индексом I_i = 0,25 м³/кг (250cм³/г).

Для расчета принимаем концентрацию уплотненного ила С_у = 50 кг/м³, удельный расход воздуха 10 л/кг твердой фазы, концентрацию ила в подиловой воде 100 мг/л, скорость потока ила в зоне осветления v_w = 4 мм/с.

Определяем расход ила на одну ступень уплотнителя

Q¢_i = 100/3 = 33,3 м³/ч.

Длина флоторазделителя l_р будет равна:

4,98 м,

где l_р и и - принимаем по табл. 50 и 51.

Принимая длину флоторазделителя, равную 5 м, и подставив в формулу, получим рабочую длину флотоуплотнителя

L_bl = l_p+l_f+b = 5+0,6+0,2 = 5,8 м.

Определим производительность и ширину коридоров первой, второй и третьей ступеней флотатора. Для этого рассчитаем расход подиловой воды. Расход подиловой воды из первой ступени равен:

= 29,4 м³/ч.

Общий расход, поступающий на вторую ступень составит:

= + Q¢_nb = 33,3+29,4 = 62,7 м³/ч.

Ширина коридора первой ступени будет равна:

= 1,9 м.

Ширина коридора второй ступени определяется с учетом расхода жидкости, поступающей на вторую ступень:

= 3,6 м.

Расчет третьей ступени ведется аналогично расчету второй ступени. Высота флотационного уплотнителя равна:

H = 1,5+0,8+0,5+0,3 = 3,1 м.

Круглый флотационный илоуплотнитель

4.13. Необходимость и экономическая целесообразность уплотнения избыточного ила при любых методах его дальнейшей обработки очевидна. Преимущества флотационного уплотнения ила в случае наиболее распространенного этапа обработки осадка сбраживанием заключаются в следующем: увеличении производительности метантенков; снижении расхода тепла, необходимого для поддержания процесса сбраживания; сокращении объема иловой жидкости, которая вновь возвращается на станцию; уменьшении площади иловых площадок; снижении эксплуатационных расходов, связанных с перекачкой ила; полном исключении сброса осветленной воды после илоуплотнителей; устранении антисанитарных условий, связанных с эксплуатацией гравитационных илоуплотнителей, в которых создаются септические условия, особенно в летнее время, когда сильно развиты процессы денитрификации.

Общий вид круглого флотатора представлен на рис. 25. Флотатор включает цилиндроконический корпус с полупогруженной перегородкой и вращающееся водораспределительное устройство. Глубина отстойной зоны Н_set =Тq_ms, м. Глубина зоны уплотнения (выше водораспределителя) принимается Н_у = 2 - 2,5 м.

Продолжительность пребывания иловой смеси в сатураторе 2 - 4 мин при давлении 4-5 атм. Предусматривается установка вантуза для сброса нерастворившегося воздуха. Удельный расход растворенного воздуха 5 - 7 л на 1 кг взвешенных веществ активного ила. Расход воды, подаваемой на эжектор, принимают равным 2 - 4 % расхода обрабатываемых сточных вод.

Для стабилизации работы эжектора и надежности работы установки необходимо предусмотреть установку двух эжекторов с фильтрами, предотвращающими засорение и забивание эжектора. Фильтр выполняется в виде установленной в подающей трубе перфорированной трубы с размером отверстий на 20% меньше диаметра сопла эжектора.

Эжектор устанавливают рядом с подающим насосом, который устанавливается под заливом; гидростатический напор перед насосом должен быть не более 2,5-3 м, забор воды осуществляется непосредственно перед аэротенком.

Разность отметок водосливов водосборного и пеносборного лотков должна составлять 40 - 50 мм; предусматривается регулировка положения отметин пеносборного лотка. Уклон дна пеносборного лотка 0,1 - 0,15.

Расстояние между стенками цилиндрических колец флотатора принимается 300-600 мм. Цилиндрические перегородки выполняются из синтетической ткани.

Наклон образующих нижних конических насадок рассчитывается таким образом, чтобы площадь нижнего основания усеченного конуса была на 20 % больше площади верхнего его основания. Флотационный илоуплотнитель состоит из пеносгонного механизма 4, коаксиальных перегородок 5 и конических перегородок 6.

Работает флотатор следующим образом: иловая смесь, насыщенная растворенными газами, подается насосами через вращающееся водораспределительное устройство 3 во внутреннюю полость корпуса 1, где при снижении давления до атмосферного происходит интенсивное выделение пузырьков газа, адсорбция их на поверхности частиц дисперсной фазы и всплывание на поверхность воды. Образующаяся при этом пена удаляется с помощью пеносгонного механизма 4 в пеносборный лоток 7. Осветленная вода направляется вниз между погруженными в воду коническими, расширяющимися книзу перегородками 6 (см. рис. 25).

Рис. 25. Флотационный илоотделитель с цилиндрическими насадками и вращающимся водораспределителем

1 - цилиндроконический корпус; 2 - полупогружная перегородка; 3 - вращающееся водораспределительное устройство; 4 - конические, погруженные в воду перегородки; 5 - коаксиальные перегородки; 6 - пеносгонный механизм; 7 - пеносборный лоток

При движении воды вниз вследствие увеличивающейсяплощади кольцевых участков скорость нисходящего движенияводы постепенно снижается, в результате чего вода освобождаетсяотмельчайших частиц, аэрофлокул, попавших в нисходящий поток. Затем, огибая полупогруженную перегородку 2, осветленная вода самотеком отводится в аэротенк. Цилиндроконические погруженные в воду перегородки улучшают гидродинамику и способствуют более полному использованию рабочего объема сооружения.

При проектировании флотационные илоуплотнители рационально размещать непосредственно около аэротенка. На уплотнители должна непрерывно подаваться иловая смесь из аэротенка, содержащая сточную жидкость и активный ил с максимально возможным количеством сорбированных на его хлопьях загрязнений. Для этого конец всасывающей трубы насоса должен находиться от начала аэротенка на расстоянии, соответствующем времени прохождения иловой смеси в течение 10-40 мин. Осветленная во флотаторе жидкость, содержащая активный ил, самотеком сбрасывается в аэротенк в место сбора избыточного ила.

Исходными данными для расчетаявляются концентрации активного ила, в аэротенках (а_i, г/л), иловой индекс (I_i, см³/г) и количество избыточного ила (G, кг/сут).

Гидравлическая нагрузка на флотационный илоуплотнитель принимается по табл. 62 в зависимости от безразмерного параметра a_iI_i.

Таблица 52

Расход иловой смеси, подаваемого на флотатор, определяется по формуле, м³/сут:

Q = G/1000a_i. (141)

Площадь флотационной камеры, м²:

F = Q/24q_ms. (142)

Продолжительность пребывания ила в зоне уплотнения принимается 2-3 ч, осветленной воды в зоне осветления 0,25-0,33 ч. Концентрация a_i,г/л уплотненного ила определяетсяпо формуле

. (143)

Значения «с» и «b» приведены в табл. 53 в зависимости от продолжительности уплотнения

Таблица 53

Вращающийся водораспределитель иловой смеси устанавливается между цилиндроконическими и цилиндрическими насадками, расстояние между которыми выбирается конструктивно (по возможности наименьшим). Скорость движения распределительного устройства на периферии составляет 5-7 см/с.

Скорость выхода жидкости из отверстий водораспределителя 0,1-0,2 м/с. Скорость движения пеногонного скребка на периферии 3-5 см/с.

Дросселирующее устройство перед флотатором выполняется в виде диафрагмы с расширяющимися по ходу движения воды конусом. Скорость движения донных скребков на периферии 3 - 5 см/с.

При отсутствии данных о величине илового индекса следует воспользоваться следующими ориентировочными его значениями для различных категорий сточных вод:

Предприятия Иловый индекс, см³/г

НГЗ 70-100

Химкомбинаты 60-90

Целлюлозно-бумажные комбинаты 150-200

Заводы синтетического каучука 40-80

Комбинаты искусственного волокна 200-250

Городские сточные воды 80-100

Пример расчета флотационных илоуплотнителей

4.14. Исходные данные: концентрация ила в аэротенках a_i = 3,6 г/л; иловой индекс I_i=102 см³/г; принимаем количество избыточного ила 3290 кг/сут = 3,29 т/сут.

Гидравлическая нагрузка на илоуплотнитель при a_i I_i = 0,367 составляет 8 м³/(м²×ч)

Количество иловой смеси, подаваемой на флотатор:

V = 3290/3,6 = 910 м³/сут.

Площадь зоны флотации

Р = 910/24^.8 = 4,8 м².

Принимаем 2 флотатора с диаметром зоны флотации равным 2,5 м (оба рабочие); продолжительностью уплотнения ила 3 ч. Время пребывания воды в зоне осветления 0,25 ч при высоте зоны осветления Н = 8^.0,25 = 2 м.

Высота зоны уплотнения определяется в зависимости от степени уплотнения ила. При 3-часовом уплотнении ила концентрация уплотненного осадка С_у, составит

С_у = 1,6/(0,011+0,000198^.102) = 51 г/л.

При уплотнении активного ила с 3,6 до 5,1 г/л расход уплотненного осадка составит (3,6×100)/51 = 7 % расхода поданной на флотацию иловой смеси (или 250 м³/сут). Высота зоны уплотнения (от распределителя до отметки пеносборного лотка) составляет 8 (7/100)3 = 1,68 м. С поправкой на неравномерность распределения концентрации ила по высоте зоны уплотнения следует увеличить ее высоту на 40 % расчетной, т. е. до 1,68^.1,4 = 2,35 м.