|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ очистки жидких шламов, содержащих коллоиды, посредством обработки указанных шламов, подаваемых непрерывным потоком с объемным расходом Q EB , характеризующийся тем, что поток шлама впрыскивают в камеру (2, Е), причем камера находится под избыточным давлением относительно атмосферного давления, упомянутая камера является проточной камерой, предназначенной для пропускания непрерывного или полунепрерывного потока, объем камеры составляет v EB /20, где V EB соответствует объему очищаемого шлама, проходящего через камеру в течение 1 ч, с одновременной инжекцией в камеру воздуха (10) с объемным расходом d в месте, расположенном ниже места подачи потока шлама в указанную камеру. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что поток жидкого шлама сформирован по меньшей мере из двух отдельных потоков шлама, которые направлены навстречу друг другу. 3. Способ по любому из пп.1, 2, характеризующийся тем, что воздух инжектируют с объемным расходом d > 1.5Q EB . 4. Способ по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что воздух инжектируют при давлении между 1.4 и 2.5 бар. 5. Способ по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что поток жидкого шлама инжектируют в камеру (2, Е) объемом v=V EB /20 через два идентичных расположенных друг напротив друга отверстия (22), которые находятся в нижней части (33) указанной камеры, причем воздух инжектируют ниже указанных отверстий, при этом воздух, воду и твердое вещество выводят в верхней части камеры. 6. Способ по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что объем камеры определен как v ≤V EB /50. 7. Способ по п.6, характеризующийся тем, что объем камеры определен как v ≤V EB /100. 8. Способ по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что по меньшей мере один жидкий реагент (37) непрерывно добавляют внутрь камеры (2, Е). 9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что реагент является флокулянтом, добавляемым в камеру в зону турбулентности в количестве между 0.05 и 0.1% от содержания сухого вещества в шламе. 10. Способ по любому из пп.1-9, характеризующийся тем, что объемный расход Q EB больше или равен 15 м 3 /ч, объемный расход d больше или равен 25 м 3 /ч, а относительное давление в камере выше или равно 0.8 бар. 11. Способ по п.10, характеризующийся тем, что объемный расход Q EB выше или равен 20 м 3 /ч, объемный расход d выше или равен 50 м 3 /ч, а относительное давление в камере (2, Е) выше или равно 1.2 бар. 12. Способ по любому из пп.10 и 11, характеризующийся тем, что жидкий реагент является катионным органическим флокулянтом. 13. Способ по любому из пп.1-12, характеризующийся тем, что результирующие потоки освобождают от газа на выходе из камеры, а полученные газы используют для обеспечения инжекции воздуха в нижней части. 14. Устройство (20) для обработки жидких шламов, содержащих коллоиды, для осуществления способа по пп.1-13, выполненное с возможностью подачи жидких шламов непрерывным потоком с расходом Q EB =V/ч, характеризующееся тем, что оно включает закрытую проточную камеру (2, Е), выполненную с возможностью вмещения объема v EB /20, где V EB соответствует объему очищаемого шлама, который предполагается пропускать через камеру в течение 1 ч, указанная камера содержит по меньшей мере два одинаковых противолежащих отверстия (22), расположенных в нижней части (23) указанной камеры; средства (55) для сбора шлама и подачи потока собранного таким образом жидкого шлама в указанную камеру по крайней мере двумя отдельными потоками, выполненные с возможностью впрыскивания каждого потока соответственно через одно из указанных отверстий (22); расположенные ниже указанных отверстий средства (31) для заполнения камеры воздухом (32), выполненные с возможностью обеспечения объемного расхода d; и средства (41, 42) для непрерывного или полунепрерывного удаления всего потока, расположенные таким образом, чтобы поддерживать камеру под избыточным давлением. 15. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что оно выполнено с возможностью удаления потока в верхней части с помощью предохранительного клапана (42), установленного с возможностью открывания при давлении выше заранее определенной пороговой величины. 16. Устройство по любому из пп.14 и 15, характеризующееся тем, что камера выполнена с возможностью вмещения объема v EB /50, где V EB соответствует объему очищаемого шлама, который предполагается пропускать через камеру в течение 1 ч. 17. Устройство по п.16, характеризующееся тем, что камера выполнена с возможностью вмещения объема v EB /100, где V EB соответствует объему очищаемого шлама, который предполагается пропускать через камеру в течение 1 ч. 18. Устройство по любому из пп.14-17, характеризующееся тем, что оно включает средства (36) для подачи жидкого реагента (37) с определенной скоростью непосредственно в камеру (2, Е).
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ очистки жидких шламов, содержащих коллоиды, посредством обработки указанных шламов, подаваемых непрерывным потоком с объемным расходом Q EB , характеризующийся тем, что поток шлама впрыскивают в камеру (2, Е), причем камера находится под избыточным давлением относительно атмосферного давления, упомянутая камера является проточной камерой, предназначенной для пропускания непрерывного или полунепрерывного потока, объем камеры составляет v EB /20, где V EB соответствует объему очищаемого шлама, проходящего через камеру в течение 1 ч, с одновременной инжекцией в камеру воздуха (10) с объемным расходом d в месте, расположенном ниже места подачи потока шлама в указанную камеру. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что поток жидкого шлама сформирован по меньшей мере из двух отдельных потоков шлама, которые направлены навстречу друг другу. 3. Способ по любому из пп.1, 2, характеризующийся тем, что воздух инжектируют с объемным расходом d > 1.5Q EB . 4. Способ по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что воздух инжектируют при давлении между 1.4 и 2.5 бар. 5. Способ по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что поток жидкого шлама инжектируют в камеру (2, Е) объемом v=V EB /20 через два идентичных расположенных друг напротив друга отверстия (22), которые находятся в нижней части (33) указанной камеры, причем воздух инжектируют ниже указанных отверстий, при этом воздух, воду и твердое вещество выводят в верхней части камеры. 6. Способ по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что объем камеры определен как v ≤V EB /50. 7. Способ по п.6, характеризующийся тем, что объем камеры определен как v ≤V EB /100. 8. Способ по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что по меньшей мере один жидкий реагент (37) непрерывно добавляют внутрь камеры (2, Е). 9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что реагент является флокулянтом, добавляемым в камеру в зону турбулентности в количестве между 0.05 и 0.1% от содержания сухого вещества в шламе. 10. Способ по любому из пп.1-9, характеризующийся тем, что объемный расход Q EB больше или равен 15 м 3 /ч, объемный расход d больше или равен 25 м 3 /ч, а относительное давление в камере выше или равно 0.8 бар. 11. Способ по п.10, характеризующийся тем, что объемный расход Q EB выше или равен 20 м 3 /ч, объемный расход d выше или равен 50 м 3 /ч, а относительное давление в камере (2, Е) выше или равно 1.2 бар. 12. Способ по любому из пп.10 и 11, характеризующийся тем, что жидкий реагент является катионным органическим флокулянтом. 13. Способ по любому из пп.1-12, характеризующийся тем, что результирующие потоки освобождают от газа на выходе из камеры, а полученные газы используют для обеспечения инжекции воздуха в нижней части. 14. Устройство (20) для обработки жидких шламов, содержащих коллоиды, для осуществления способа по пп.1-13, выполненное с возможностью подачи жидких шламов непрерывным потоком с расходом Q EB =V/ч, характеризующееся тем, что оно включает закрытую проточную камеру (2, Е), выполненную с возможностью вмещения объема v EB /20, где V EB соответствует объему очищаемого шлама, который предполагается пропускать через камеру в течение 1 ч, указанная камера содержит по меньшей мере два одинаковых противолежащих отверстия (22), расположенных в нижней части (23) указанной камеры; средства (55) для сбора шлама и подачи потока собранного таким образом жидкого шлама в указанную камеру по крайней мере двумя отдельными потоками, выполненные с возможностью впрыскивания каждого потока соответственно через одно из указанных отверстий (22); расположенные ниже указанных отверстий средства (31) для заполнения камеры воздухом (32), выполненные с возможностью обеспечения объемного расхода d; и средства (41, 42) для непрерывного или полунепрерывного удаления всего потока, расположенные таким образом, чтобы поддерживать камеру под избыточным давлением. 15. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что оно выполнено с возможностью удаления потока в верхней части с помощью предохранительного клапана (42), установленного с возможностью открывания при давлении выше заранее определенной пороговой величины. 16. Устройство по любому из пп.14 и 15, характеризующееся тем, что камера выполнена с возможностью вмещения объема v EB /50, где V EB соответствует объему очищаемого шлама, который предполагается пропускать через камеру в течение 1 ч. 17. Устройство по п.16, характеризующееся тем, что камера выполнена с возможностью вмещения объема v EB /100, где V EB соответствует объему очищаемого шлама, который предполагается пропускать через камеру в течение 1 ч. 18. Устройство по любому из пп.14-17, характеризующееся тем, что оно включает средства (36) для подачи жидкого реагента (37) с определенной скоростью непосредственно в камеру (2, Е).
Евразийское
патентное
ведомство
028393
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.11.30
(21) Номер заявки 201300406
(22) Дата подачи заявки 2011.10.28
(51) Int. Cl.
C02F1/54 (2006.01) C02F11/14 (2006.01)
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
(31) 10/04285
(32) 2010.10.29
(33) FR
(43) 2014.11.28
(86) PCT/FR2011/000583
(87) WO 2012/056129 2012.05.03
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОРЕДЖИ (FR)
(72) Изобретатель:
Капо Патрис, Лопез Мишель, Жендро Паскаль (FR)
(74) Представитель:
Стояченко И.Л. (RU)
(56) ЕР-А1-0514543 US-A-5935448 GB-A-1429370 FR-A1-2175897
THOMAS D.N. ET AL.: "Flocculation modelling: a review", WATER RESEARCH, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 33, no. 7, 1 May 1999 (1999-05-01), pages 1579-1592, XP004160398, ISSN: 0043-1354, DOI: DOI:10.1016/ S0043-1354(98)00392-3, Introduction - orthokinic flocculation; page 1579, right-hand column
(57) Изобретение относится к способу и устройству для очистки воды путем обработки коллоидных структур, содержащихся в жидкости и/или шламе, доставляемом непрерывным потоком с расходом QEB=V/4. Поток впрыскивают в камеру (2), находящуюся под избыточным давлением относительно атмосферного давления, причем упомянутая камера (2) имеет объем v Данное изобретение относится к способу очистки воды посредством обработки коллоидных структур (коллоидов), присутствующих в жидкости и/или шламе, которую(ый) подают непрерывном потоком с определенным объемным расходом.
Изобретение также относится к устройству, осуществляющему заявленный способ.
Изобретение находит особенно важное, хотя и не исключительное, применение в области очистки загущенной воды, например, от содержащего воду сухого вещества (СВ), а также в области обезвоживания (дегидратации) шламов.
Большая часть сточных вод, загрязненных вод, мутных вод или илистых вод содержит коллоиды, которые присутствуют либо в твердых фазах суспензии, особенно в их органической фракции, или собственно в воде.
Эти коллоиды придают потоку в целом окраску и мутность, что является источником проблем.
Воздействуя на (разрушая) эти коллоидные структуры, изобретение направлено на получение потока, который после обработки является практически прозрачным.
Известны способы, позволяющие, по меньшей мере, частично удалить коллоиды.
Эти способы, по существу, включают добавление в технологический процесс обработки одного или более коагулянтов, а затем флокулянтов, в количествах, достаточных для агломерации и сгущения коллоидов, которые впоследствии удаляют, например, с помощью осаждения или центрифугирования.
Однако, способы, известные из предшествующего уровня техники, не обеспечивают достаточного удаления коллоидов из жидких отходов, которые часто остаются сильно мутными и/или содержат твердую фракцию (твердое вещество) с высоким содержанием воды.
Обработки подобного типа приводят к значительным транспортным расходам и, как правило, дополнительному сжиганию.
Данное изобретение позволит снизить количество шлама в процессе получения воды высокой степени чистоты без добавления реагентов в значительных количествах.
Известно, что коллоидные частицы имеют две основные характеристики.
Их диаметр очень мал (от 1 нм до 1 мкм) и они имеют отрицательный электрический заряд, вызывающий отталкивание коллоидных частиц друг от друга.
Эти две характеристики являются причиной того, что коллоиды имеют чрезвычайно низкую скорость оседания, которую применительно к процессам очистки воды даже можно считать нулевой.
В рамках известной обработки с помощью коагуляции/флокуляции данная проблема решена следующим образом.
На первой стадии коагуляции подавляют отталкивание коллоидных частиц друг от друга, добавляя соли металлов (как правило, солей железа или алюминия). Катионы металлов (Al+ и Fe+) связываются с коллоидными частицами и нейтрализуют их. После этого коллоидные частицы способны к столкновениям.
На второй стадии флокуляция решает проблему маленького диаметра коллоидов. В самом деле, их небольшая масса не обеспечивает возможность естественного оседания, которое можно использовать при обработке.
При добавлении флокулянта происходит агломерация коллоидных частиц, и агломерат коллоидов, называемый флокулой, имеет массу, достаточную для оседания.
Добавляемым флокулянтом является, как правило, полимер, органический или природный.
Изобретение отталкивается от концепции, которая радикально отличается от концепций удаления коллоидов, известных из предшествующего уровня техники.
Чтобы достигнуть этой цели, изобретение направлено на введение большой энергии (> 10000 Дж) в поток, содержащий коллоидные частицы, который представляет собой и жидкость, и шлам (осадок), все в замкнутой и окисляющей (воздушной) среде, чтобы, как это ни удивительно, устранить отрицательные характеристики коллоидов, препятствующие их удалению.
Применительно к обезвоживанию шлама способ улучшает разделение жидкости/твердого вещества (осадка) и демонстрирует превосходный результат вне зависимости от того, применяется ли он отдельно или в сочетании с другими способами разделения, такими как центрифугирование или фильтрация.
В частности, этот метод дает превосходный результат сам по себе в отношении сильно минерализованных шламов (т.е. тех, у которых процент органического вещества на 100% массы сухого вещества составляет меньше 5-15%).
Для минерализованных шламов можно получить оптимальный результат, если сочетать данный способ с дополнительным оборудованием для разделения (ленточный фильтр или центрифугирование), расположенным вниз по течению относительно устройства, что увеличивает количество твердой фазы (осадка) более чем на 10%, например на 25%.
Следовательно, существующие установки можно легко усовершенствовать путем добавления одного или более реакторов, которые осуществляют изобретение, и это, впоследствии и в качестве примера, сэкономит расходы на транспорт и окончательное сжигание осадка.
Более того, изобретение демонстрирует низкое потребление электроэнергии и не использует очень большого количества расходного материала (сжатого воздуха, добавок).
Кроме того, в соответствии со способом используют простое и очень компактное устройство, которое легко перемещать и которое следовательно можно установить в местах, не имеющих легкого доступа.
Возможна продолжительная работа устройства в соответствии с изобретением при сниженных требованиях (ограничениях) по эксплуатации.
Обработка согласно данному изобретению не вызывает загрязнения при использовании способа, который сам по себе является значительно более экономичным, чем уже известные в области разделения жидкости и твердого вещества (центрифугирование, пресс-фильтр, ленточный фильтр, непрерывная окислительная рециркуляция и т.д.).
Наконец, изобретение позволяет получить новый тип пористого обезвоженного осадка, содержащего полезный остаток, что само по себе удивительно.
С этой целью изобретение, по существу, предлагает способ очистки путем обработки коллоидных структур, содержащихся в жидкости и/или шламе, подаваемом непрерывным потоком с объемным расходом QEB=VAI, характеризующийся тем, что поток впрыскивают в камеру, находящуюся под избыточным давлением относительно атмосферного давления, причем упомянутая камера является проточной камерой, предназначенной для пропускания непрерывного или полунепрерывного потока, имеющей объем v В приведенном выше определении значение VEB является, естественно, значением объема очищаемого шлама, проходящего через (подаваемого в) камеру за 1 ч, выраженным, например, в м3.
Под камерой подразумевается резервуар или реактор определенного закрытого объема, включающий входное отверстие для потока и выходное отверстие для потока, прошедшего обработку, с поперечным сечением, более узким, чем сечение реактора.
Следовательно, камера является камерой для прохождения потока под давлением.
Под значением v Предпочтительно v В одном предпочтительном варианте воплощении изобретения превосходные результаты достигаются, в частности, благодаря сочетанию множества функций в той же малогабаритной камере путем создания четырех функциональных зон:
содержащей суспензию зоны для введения слегка сжатого воздуха или для предотвращения оседания слишком тяжелых частиц, которые все же способны подниматься внутри реактора и выходить из верхней части вместе с более мелкими частицами;
зоны гидравлического удара, в которую подают потоки жидкости;
зоны поднятия (всплытия), состоящей из приблизительно 1 единицы по массе газа, 0.1 единицы воды, 0.01 единицы твердого вещества. Внутри этой зоны создают очень сильное перемешивание за счет подачи воздуха в рекомендуемых условиях (по интенсивности и давлению);
декомпрессионной зоны, регулируемой, например, золотниковым клапаном, расположенным в верхней части реактора. В примере с данным золотниковым клапаном от клапана требуется поддержание в реакторе относительного давления приблизительно 0.5-2 бар.
Данное изобретение позволяет передавать высокую кинетическую энергию на основе кинетической энергии накачивания, которая преобразуется в энергию удара внутри маленькой емкости.
Одновременная подача воздуха повышает уровень энергии малогабаритной камеры за счет дальнейшего повышения турбулентности.
Гидравлический режим в камере, следовательно, отрегулирован таким образом, чтобы быть высокотурбулентным (Re > > 3000), и поэтому, в сочетании с окислением, связанным с инжекцией воздуха, вызывает удаление или разрушение коллоидных структур.
Причина состоит в том, что столкновения воздуха, воды и осадка (шлама) вызывают проникновение воздуха внутрь твердого вещества путем физического замещения части внедренной между коллоидами воды воздухом, что в то же время обеспечивает окисление потока.
Например, было замечено, что в промышленном шламе нефтяной промышленности, который имеет высокое содержание сухого вещества (СВ) (> 20 г/л), содержащего 90% органического вещества, при увеличении содержания твердых веществ при фильтрации или центрифугировании получают остаточную воду, которая является окрашенной и мутной, что указывает на содержание в ней коллоидов, в то время как при использовании способа по изобретению (до использования других способов увеличения содержания твердых веществ) получают прозрачную остаточную воду с ХПК менее 300 мг/л, другими словами, без коллоидов, насколько известно специалисту в данной области.
Наконец, неожиданно, было замечено, что способ согласно изобретению делает возможным удаление растворенных в воде молекул, приводя к значительному удалению загрязняющих веществ и, таким образом, еще более способствует желаемой очистке.
Поток предпочтительно образован по меньшей мере двумя отдельными потоками, которые впры
скивают (распыляют) один на другой. В предпочтительных вариантах воплощения изобретения придерживаются одного и/или другого из следующих положений:
поток инжектируют в камеру через два идентичных отверстия, расположенных друг напротив друга в нижней части указанной камеры, причем воздух инжектируют ниже данных отверстий, причем воздух, вода и осадок выходят из верхней части камеры;
воздух инжектируют с расходом d> 1.5 QEB, например больше 5 QEB, 10 QEB или в 1.5-15 раз больше
QEB;
воздух инжектируют под средним давлением. Под средним давлением понимают давление между 1.4 и 2.5 бар, предпочтительно между 1.6 и 1.9 бар. Такое давление создает пузырьки большего размера, которые способны проникать в среду более эффективно путем распространения внутри камеры случайным образом; VEB по меньшей мере один жидкий реагент непрерывно подают внутрь камеры со скоростью (расходом)
объемный расход QEB больше или равен 15 м3/ч, объемный расход d больше или равен 25 м3/ч, а относительное давление в камере выше или равно 0.8 бар;
расход QEB больше или равен 20 м3/ч, объемный расход d больше или равен 50 м3/ч, а относительное давление в камере выше 1.2 бар;
жидкий реагент представляет собой катионный органический флокулянт;
потоки обезгаживают на выходе из камеры, а полученные газы используют для подачи воздуха для инжекции в нижней части.
Изобретение также предлагает устройство для обработки коллоидных структур, содержащихся в жидкости и/или шламе, подаваемом непрерывным потоком с объемным расходом QEB=VAI, характеризующееся тем, что оно включает закрытую камеру объемом v средства для сбора шлама и направления потока собранного таким образом шлама в упомянутую камеру по меньшей мере двумя отдельными потоками, причем каждый поток инжектируют через одно из упомянутых отверстий;
средства для подачи воздуха в камеру с объемным расходом d в место, расположенное ниже упомянутых отверстий; и
средства для удаления потока, расположенные таким образом, чтобы поддерживать в камере избыточное давление.
Поток предпочтительно удаляют в верхней части с помощью клапана для сброса давления, который открывается при превышении заданного порогового значения. Также предпочтительно, чтобы объем v Согласно другому предпочтительному варианту устройство содержит средства для подачи жидкого реагента с определенной скоростью непосредственно в камеру.
Суть изобретения будет лучше понятна из приведенного далее описания предпочтительных вариантов воплощения изобретения, приведенных в качестве неограничивающих примеров. Описание дано со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых:
фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей принцип способа обработки в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;
фиг. 2 является рабочей схемой одного варианта воплощения устройства в соответствии с изобретением;
фиг. 3 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее переработку шлама с использованием устройства согласно изобретению.
Фиг. 1 показывает принципы способа обработки или разрушения коллоидных структур, содержащихся в потоке, в соответствии с более подробно описанным здесь вариантом воплощения изобретения.
В реакторе 1, образованном продолговатой камерой 2, которая расположена вокруг оси 3 и имеет маленький объем v порядка 50 л, потоки (стрелки 4) впрыскивают через два расположенных друг напротив друга отверстия (порты) 5 и 6, которые являются симметричными относительно оси 3 камеры.
Отверстия расположены в нижней части камеры, например, на расстоянии h от основания 7 камеры, которое составляет от одной пятой до одной третьей высоты Н камеры.
Эти два отверстия, расположенные друг напротив друга, позволяют подавать поток воды, содержащий большое количество сухого вещества (СВ) (например, содержание СВ составляет 10% общей массы), под давлением, что вызывает сильное соударение в месте встречи двух потоков в зоне 8.
Другими словами, накачивание извне загрязненной воды (не показано) в камеру малогабаритного реактора 1 через расположенные друг напротив друга отверстия (каналы) создает столкновение потоков в зоне 8 благодаря давлению на выходе из подающего насоса или насосов (не показано), которое зависит от высоты воды в подающих насосах выше по течению относительно отверстий и от потерь давления в
рабочем контуре.
Обычно, при использовании коммерческих промышленных насосов и контура без избыточных погрешностей на выходе 9 отверстий в камеру можно легко получить давление 2 бара.
Кинетическая энергия накачивания затем преобразуется в энергию соударения, которую увеличивают до предела за счет увеличения скорости подачи в камеру через выходные отверстия регулирующих патрубков 9, имеющих уменьшенные размеры, которые, однако, сравнимы с максимальным размером частиц шлама.
Более того, в соответствии с более подробно описанным здесь вариантом воплощения изобретения сжатый воздух (стрелка 10) вводят ниже зоны 8.
Под сжатием подразумевается незначительное избыточное давление, которое может составлять между 0.1 бар (относительное давление) и 1 бар (относительное давление) по отношению к атмосферному давлению, например относительное давление 0.8 бар.
Этот воздух вводят через воздухораспределительное устройство 11, например устройство, образованное кольцеобразной, змеевидной (спиральной) или прямолинейной трубой, позволяющее пузырькам воздуха распределяться по поверхности камеры через отверстия 12, распределенные вдоль указанной трубы 13.
Воздух также можно вводить через отверстие (порт) в нижней части.
Устройство для подачи воздуха расположено ниже точки встречи потоков в зоне 8, например, между одной десятой и одной пятнадцатой высоты Н камеры, и создает большие пузырьки В с диаметром, например, между 1 мм и 1 см.
Такая подача воздуха увеличивает уровень энергии в камере, которая находится под избыточным давлением относительно ее выхода 14, предназначенного для выведения потоков после обработки.
В верхней части 15 камеры, как правило, образуется функциональная зона 16, в которой достигается чрезвычайно турбулентное перемешивание с участием броуновского движения (пунктирная линия 17).
В нижней части 18 реактора, как правило, предусмотрен сброс 19 компонентов, которые являются слишком плотными и не могут выйти через верхнюю часть реактора, причем сброс производят последовательно.
Выходящие из выходного отверстия 14 реактора воздух, вода и осадки дают, после декантации, физически отделенную от твердого вещества прозрачную воду с очень низким содержанием твердого вещества, в частности, меньше 30 мг/л или даже 10 мг/л, при том, что изначально содержание твердого вещества могло достигать более 500 мг/л.
Полученное на данном этапе твердое вещество, не содержащее коллоидов ("деколлоидизирован-ное"), является более пористым и, следовательно, легко поддается уплотнению (прессованию). В зависимости от исходного содержания органического вещества его даже можно гранулировать прямо на выходе из реактора.
Воздух подают при среднем давлении, например, между 1.6 и 1.9 бар (абсолютное давление) к давлению в самой камере, так чтобы в смеси могли быть большие пузырьки, способные проникать в смесь и случайным образом распространяться в реакторе для создания ожидаемого перемешивания.
Более того, воздух подают с высоким объемным расходом d, другими словами в 1.5-15 раз (в м3/ч, приведенных к нормальным условиям (н.у.)) больше объемного расхода QEB подаваемой воды (м3/ч).
Газ, извлекаемый из реактора, выходит с водой и осадком (твердым веществом) с расходом, создаваемым напорным усилителем, и может быть выделен (извлечен), обработан и, где это уместно, возвращен в оборот для повторного использования в нижней части реактора.
Следует отметить, что наличие крупнозернистого вещества типа песка, гравия и т.п., повышает количество столкновений и, следовательно, улучшает процесс.
Давление в камере, в свою очередь, устанавливают и/или регулируют таким образом, чтобы оптимизировать внутреннюю энергию путем генерирования восходящего потока, выходящего из верхней части.
Поэтому, такое давление зависит от функциональных особенностей контура (водяного уровня насосов), а также типа потоков и желаемых степеней очистки.
Выбранный в итоге размер реактора также определен специалистом на основе базовых знаний инженера в области химических технологий и исходя из схемы потоков.
Давление и выход обеспечивают, например, с помощью клапана, выпускающего поток, когда заданное давление оказывается превышенным.
Так как в способе в соответствии с изобретением применяют перемешивание в трех фазах - твердой, жидкой и газообразной - на выходе необходимо произвести разделение, которое учитывает обезга-живание более плотной, чем вода твердой фазы, и удаление воды.
Более того, в одном из предпочтительных вариантов воплощения изобретения добавляют коагулянт (например, известь, хлорид железа и т.д.).
Эту дополнительную добавку осуществляют, например, в функциональной зоне 16.
Соответственно, в реакторе объемом 55 л с распылительными форсунками в реакторе диаметром 40 мм можно обрабатывать до 20 м3/ч шлама.
Более того, неожиданно оказалось, что когда давление в реакторе выше 0.8 бар (относительное давление), расход QEB водного шлама, образованного, например, суспензиями с содержанием сухого вещества (СВ) 5%, причем сухое вещество является продуктом биоразложения болотных трав (ежовника Вальтера), глины, песка и различных нефтяных остатков в следовых количествах ( <1%), может превышать 15 м3/ч, а когда объемный расход воздуха d больше 25 м3/ч, достигается уникальное разделение с максимальной скоростью декантации осадка, который после сушки имеет новый, пористый, гранулированный внешний вид.
С 55-литровым реактором и 40-миллиметровыми форсунками для инжекции потока внутрь получают значения скоростей соударений, которые являются очень высокими, а времена пребывания частиц в реакторе очень малы (ср. табл. I ниже).
Таким образом, благодаря изобретению в течение нескольких секунд можно достичь обезвоживания (дегидрации), значительно улучшенного по сравнению с существующими методами.
Помимо заметного выигрыша во времени обработки, требуется очень низкое потребление электроэнергии, сжатого воздуха и флокулянта.
Кроме того, небольшие размеры камеры делает ее легко транспортируемой и позволяют устанавливать ее в местах, где доступ затруднен, тем не менее, обеспечивая непрерывную работу с большой простотой.
Очистка в соответствии с изобретением не вызывает загрязнения и достигается благодаря гораздо более экономичной процедуре по сравнению с другими системами очистки, в число которых входят центрифуги, пресс-фильтры, ленточные фильтры и т.д., которые можно рассматривать для решения задачи по разделению жидкости и твердого вещества.
В качестве примера, в табл. II ниже приведены данные об улучшении А содержания твердых веществ, полученных способом в соответствии с изобретением, для шлама с промышленной станции очистки Фос-сюр-Мер (Fos sur Mer), причем шлам имел низкое содержание минеральных веществ (90% органического вещества), в области нефтепереработки.
Сравнение провели между простой очисткой с помощью ленточного фильтра (с фильтрующей тканью, где воду и осадок разделяют путем подачи насосом и перемещения между отжимными валиками) и таким же ленточным фильтром, использованным после предварительной обработки способом в соответствии с изобретением.
Для камеры объемом v = 55 л варьировали параметры объемного расхода шлама QEB (м3/ч), объемного расхода газа d (м3/ч, н.у.)) и относительного давления Р внутри камеры (бар) для заданного содержания сухого вещества (СВ) на выходе из камеры (в г/л).
Также приведены результаты для различного начального состояния шлама - т.е. свежий (без промежуточного хранения), не очень свежий (после хранения в течение трех дней) или ферментированный (после нескольких дней хранения в отсутствие кислорода).
Видно, что высокий расход газа (в восемь раз больше расхода шлама) и высокое давление в камере (1.3 бар) повышают содержание твердых веществ до 48.8% (проба № 10) для достаточно низкого исходного содержания (СВ=8.2 г/л), что свидетельствует об эффективности разрушения/удаления коллоидов ("деколлоидизации").
В среднем для свежего шлама (см. пробы № 13-16) с содержанием СВ 32.4 г/л при объемном расходе газа, в 20 раз превышающем расход шлама, и относительном давлении в камере 1 бар, способ по данному изобретению позволяет увеличить содержание твердых веществ (содержание СВ по весу относительно общего веса шлама, т.е. СВ + жидкость) на 24-36.4% или в среднем на 30%.
В табл. III последовательно показаны примеры результатов, полученных с помощью только устройства (без дополнительной очистки) на осадках (высокоминерализованном шламе) и с дополнительной очисткой (на ленточном фильтре).
Очистку с помощью только изобретения можно сравнить с очисткой с помощью только ленточного фильтра, при которой увеличение содержания твердых частиц не превышает 15-18%.
Превосходные результаты были получены даже без дополнительной очистки с помощью фильтра или центрифуги.
Таблица III
Пробы, №
Тип
промышленного шлама, Fos sur Мег
Расход
Давление в камере
Вход
" Выход Сухие
вещества
Qeb drasa шлама
м3/час
м3/час, н.у.
бар
г/л
осадки
1.3
1.1
130
61.6
осадки
1.2
1.1
56.7
69.5
осадки
1.3
43.2
67.1
Само по себе
Само по себе + фильтр
На фиг. 2 показана схема работы устройства 20 в соответствии с вариантом воплощения изобретения, описанным здесь более подробно.
Устройство 20 дает возможность разделить жидкую составляющую и сухие вещества шлама, подаваемого в точке 21 непрерывным потоком с расходом QEB=V/1I, причем поток в точке 21 далее разделяется на два потока для подачи к отверстиям (портам) 22.
Более конкретно устройство 20 содержит закрытую камеру Е из нержавеющей стали, объем камеры v меньше 20 V (где V - объем шлама, подаваемый в камеру за час), например, 55 л для расхода QEB = V/h, составляющего 1.5 м3/ч; при этом камера содержит, по меньшей мере, два идентичных, расположенных друг напротив дуга отверстия или порта 22, которые расположены в нижней половине 23 камеры, на расстоянии, равном, например, одной третьей высоты камеры.
Камера состоит, например, из цилиндрической части 24, которая заканчивается в верхней части и в нижней части двумя идентичными конусообразными зонами 25 с углами при вершине, например, порядка 120°.
Каждый конец сам по себе заканчивается верхней трубой 26 и нижней трубой 27. Нижняя труба 27 в основании 27 камеры подсоединена к трубе 28, снабженной золотниковым клапаном 29 для периодического удаления сухого вещества 30, которое отделяют декантацией.
Устройства 20 дополнительно включает средства 31 для подачи воздуха 32 в камеру с расходом d ниже отверстий 22.
Эту подачу осуществляют, например, через прямолинейную трубу или трубку 33 с малым диаметром, например, 5 см, и длиной по существу равной диаметру цилиндрической камеры; труба (трубка) включает расположенные с равными интервалами форсунки 34 для равномерного выхода сжатого воздуха в камеру и распределения по ней, создающего большие пузырьки, которые вызывают значительное перемешивание (водовороты 35).
Предусмотрены средства 36, которые сами по себе известны, для подачи жидкого реагента 37, например, коагулянта. Эти средства образованы, например, резервуаром для хранения 38, из которого с помощью насоса-дозатора 39 и золотникового клапана 40 с дистанционным управлением осуществляют подачу во внутреннюю часть камеры выше отверстий 22 в зону турбулентности.
Устройство 20 также содержит средства 41 для непрерывного удаления жидкости, которая вошла в камеру, с помощью золотникового клапана или другого клапана 42, который открывается при достижении давления в камере выше предусмотренного, например, 1.3 бар.
Также можно не устанавливать золотниковый клапан, так как находящийся ниже по течению поток сам по себе создает потерю давления, требуемую для поддержания камеры при относительно повышенном давлении.
Затем жидкость 43 удаляют в верхней части, оставляя ее в отстойнике 44, по существу известном.
Например, этот отстойник 44 состоит из цилиндрического резервуара 45, в который труба сброса 46 открывается ниже рабочего уровня 47, чтобы ограничить турбулентность.
Отстойник 44 разгружается сам по себе с помощью перелива через край в точке 48, через нетурбулентную боковую часть резервуара 49, которая отделена от остальной части резервуара решетчатой (ажурной) стенкой.
Осевшее твердое вещество 50 удаляют из нижней части 51, и впоследствии его можно подвергнуть обработке.
На фиг. 3 приведен вид сверху устройства 20, изображенного на фиг. 2, которое в соответствии с изобретением из шлама 52 производит лепешку 53.
В оставшейся части описания те же обозначения будут использованы для аналогичных элементов.
Начиная со шлама или потока 52, содержащего сухие вещества, который с расходом QEB закачивают в оборудование 54 с помощью насоса 55, имеющего высоту воды Но, камеру Е наполняют через два отверстия 22, которые расположены друг напротив друга. Поэтому расход в каждом отверстии делится на два, QEB/2.
Подачу воздуха 32 производят ниже отверстий, как описано выше, через порт (канал) 56.
Реагент (коагулянт, такой как хлорид железа или известь), который сам по себе известен и должен применяться специалистом в данной области в зависимости от очищаемых потоков, непрерывно подают в камеру Е из бака 38 с помощью насоса-дозатора 39.
После обработки в камере, как это описано выше, выходящий поток удаляют в верхней части 41, чтобы получить дефрагментированную, деколлоидизированную жидкость 57, как это схематично показано на фиг. 3.
Этот деколлоидизированный и дефрагментированный поток затем поступает в отстойник 45. После декантации, которая непрерывно происходит в течение нескольких секунд, вода, исследованная в точке 58, является чрезвычайно чистой и пропускает, например, 99% света, который проходит через нее, или даже 99,5% света.
В точке 59, после возможной дополнительной обработки с целью уплотнения в 60, получают особенно полезную (выгодную, перспективную) лепешку из уплотненного шлама, который является аэрированным и затвердевшим и имеет превосходную пористость между 5 и 15%.
Продукт такого типа, полученный в соответствии с изобретением, является новым и формирует материал для последующих применений в качестве верхнего слоя грунта, сырья в строительстве и т.д.
Далее, со ссылкой на фиг. 3, приведено описание последовательности обработки в соответствии с более детально описанным вариантом воплощения изобретения.
Например, из окружающей среды (внешнего оборудования) с помощью насоса (55) подают поток 54, содержащий шлам 52.
В одном примере применения уровень шлама, то есть процент сухого вещества в пересчете на твердый материал, составляет, например, от 3 до 10%.
Этот шлам поступает в камеру Е объемом, например, V=100 л, с объемным расходом, например, между 5 и 50 м3/ч, например 15 м3/ч.
Как описано выше, поток инжектируют в реактор через два расположенных друг напротив друга отверстия (порта) 22. Одновременно, через нижнюю рампу 33 реактора, подают воздух с объемным расходом более, например, 25 м3/ч (н.у.).
Относительное давление в реакторе составляет 0.3-1.5 бар, например более 0.8 бар, в зависимости от уровня воды в насосе и/или насосах, подающих потоки, а также от потери давления, создаваемой самой камерой и золотниковым клапаном 42, расположенным в верхней части указанной камеры.
Давление внутри реактора можно регулировать, в частности, с помощью этого верхнего золотникового клапана или другого клапана.
Поток, таким образом перемешанный с воздухом и наполненный им, остается в реакторе в течение времени, соответствующего относительному соотношению между расходами, объемом и давлением.
Например, он остается в реакторе в течение нескольких секунд, например, меньше 1 минуты, до удаления.
Это время даже может быть гораздо меньше, так как при объемном расходе потока больше 20 м3/ч время пребывания внутри камеры может составлять, например, меньше 10 секунд.
Сама по себе объемная скорость подачи (расход) шлама оказывает прямое воздействие на скорость соударения в соответствии с представленной выше таблицей, при том, что время контакта и время пребывания в реакторе под давлением также влияют на скорость образования флокул и их оседание.
Расход воздуха и эффект давления в реакторе также являются теми параметрами, которые, принимая во внимание требуемый результат, можно подобрать способом, известным специалистом в данной области техники.
После обработки шлам выходит из реактора под давлением, соответствующим давлению в потоке с определенным расходом жидкости в трубе 43, в отстойный бак 45, в котором происходит оседание способом, который сам по себе известен.
Вода, полученная как супернатант, отличается высокой чистотой и сама непрерывно удаляется в точке 58.
Осадок, полученный в нижней части отстойного бака, удаляют непрерывно или периодически, в соответствии с заданными периодами, например, один раз в день.
Действие по удалению этого осадка очень быстро повышает его качество, в частности, его хорошую пористость.
Обработка, проведенная способом и с использованием реактора в соответствии с изобретением, приводит к получению пористого обезвоженного продукта (лепешки, кека), а извлеченный осадок (твердое вещество) является пустым, сухим и поддается обработке. Достаточно нескольких часов, по сравнению с тремя месяцами, необходимыми при так называемой обычной сушке, чтобы получить сравнимый результат, а свойства получившегося продукта гораздо лучше при использовании данного изобретения, так как осадок более пригоден для вторичной переработки.
Как совершенно понятно и следует из приведенного выше описания, данное изобретение не ограничено вариантами его воплощения, которые были описаны более подробно. Напротив, оно охватывает все варианты воплощений, и в особенности те, в которых отверстий для подачи потока более двух, например три, четыре или более, и они распределены по окружности камеры равномерно (регулярно) и под углом.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ очистки жидких шламов, содержащих коллоиды, посредством обработки указанных шламов, подаваемых непрерывным потоком с объемным расходом QEB, характеризующийся тем, что поток шлама впрыскивают в камеру (2, Е), причем камера находится под избыточным давлением относительно атмосферного давления, упомянутая камера является проточной камерой, предназначенной для пропускания непрерывного или полунепрерывного потока, объем камеры составляет v 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что поток жидкого шлама сформирован по меньшей мере из двух отдельных потоков шлама, которые направлены навстречу друг другу.
3. Способ по любому из пп.1, 2, характеризующийся тем, что воздух инжектируют с объемным расходом d> 1.5QEB.
4. Способ по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что воздух инжектируют при давлении между 1.4 и 2.5 бар.
5. Способ по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что поток жидкого шлама инжектируют в камеру (2, Е) объемом V=VEB/20 через два идентичных расположенных друг напротив друга отверстия (22), которые находятся в нижней части (33) указанной камеры, причем воздух инжектируют ниже указанных отверстий, при этом воздух, воду и твердое вещество выводят в верхней части камеры.
6. Способ по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что объем камеры определен как v 7. Способ по п.6, характеризующийся тем, что объем камеры определен как v 8. Способ по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что по меньшей мере один жидкий реагент (37) непрерывно добавляют внутрь камеры (2, Е).
1.
9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что реагент является флокулянтом, добавляемым в каме-
ру в зону турбулентности в количестве между 0.05 и 0.1% от содержания сухого вещества в шламе.
10. Способ по любому из пп.1-9, характеризующийся тем, что объемный расход QEB больше или равен 15 м3/ч, объемный расход d больше или равен 25 м3/ч, а относительное давление в камере выше или равно 0.8 бар.
11. Способ по п.10, характеризующийся тем, что объемный расход QEB выше или равен 20 м3/ч, объемный расход d выше или равен 50 м3/ч, а относительное давление в камере (2, Е) выше или равно 1.2 бар.
12. Способ по любому из пп.10 и 11, характеризующийся тем, что жидкий реагент является катион-ным органическим флокулянтом.
13. Способ по любому из пп.1-12, характеризующийся тем, что результирующие потоки освобождают от газа на выходе из камеры, а полученные газы используют для обеспечения инжекции воздуха в нижней части.
14. Устройство (20) для обработки жидких шламов, содержащих коллоиды, для осуществления способа по пп.1-13, выполненное с возможностью подачи жидких шламов непрерывным потоком с расходом QEB=VAI, характеризующееся тем, что оно включает
закрытую проточную камеру (2, Е), выполненную с возможностью вмещения объема v средства (55) для сбора шлама и подачи потока собранного таким образом жидкого шлама в указанную камеру по крайней мере двумя отдельными потоками, выполненные с возможностью впрыскивания каждого потока соответственно через одно из указанных отверстий (22);
расположенные ниже указанных отверстий средства (31) для заполнения камеры воздухом (32), выполненные с возможностью обеспечения объемного расхода d; и
средства (41, 42) для непрерывного или полунепрерывного удаления всего потока, расположенные таким образом, чтобы поддерживать камеру под избыточным давлением.
15. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что оно выполнено с возможностью удаления потока в верхней части с помощью предохранительного клапана (42), установленного с возможностью открывания при давлении выше заранее определенной пороговой величины.
16. Устройство по любому из пп.14 и 15, характеризующееся тем, что камера выполнена с возможностью вмещения объема v 17. Устройство по п.16, характеризующееся тем, что камера выполнена с возможностью вмещения объема v 18. Устройство по любому из пп.14-17, характеризующееся тем, что оно включает средства (36) для подачи жидкого реагента (37) с определенной скоростью непосредственно в камеру (2, Е).
15.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
028393
- 1 -
028393
- 1 -
028393
- 1 -
028393
- 1 -
028393
- 4 -
028393
- 10 -
|
