Odświeżacz lamelowy

Odstojnik lamelowy lub osadnik z pochyloną płytą (IPS) to rodzaj odstojnika przeznaczonego do usuwania cząstek stałych z cieczy.

Zakres zastosowań

lamelowe mogą być stosowane w wielu gałęziach przemysłu, w tym w górnictwie i obróbce metali, a także do uzdatniania wód gruntowych , przemysłowych wód procesowych i popłuczyn z filtrów piaskowych . Odstojniki lamelowe są idealne do zastosowań, w których ładowanie ciał stałych jest zmienne, a cząstki stałe mają odpowiednią wielkość. Są bardziej powszechne niż konwencjonalne odstojniki w wielu zakładach przemysłowych ze względu na ich mniejszą powierzchnię.

Specyficznym zastosowaniem jest wstępne oczyszczanie ścieków wpływających do filtrów membranowych . Odstojniki lamelowe są uważane za jedną z najlepszych opcji obróbki wstępnej przed ultrafiltracją . Ich całkowicie stalowa konstrukcja minimalizuje ryzyko, że część nachylonej płyty odłamie się i zostanie przeniesiona do membrany, zwłaszcza w porównaniu z osadnikami rurowymi, które są wykonane z tworzywa sztucznego. Ponadto osadniki lamelowe mogą utrzymywać wymaganą jakość wody na membranie z użyciem środków chemicznych lub bez nich. Jest to środek oszczędnościowy, zarówno przy zakupie chemikaliów, jak i ograniczeniu uszkodzeń membrany, ponieważ membrany nie działają dobrze z dużymi cząsteczkami zawartymi w flokulantach i koagulantach .

Odstojniki lamelowe znajdują również zastosowanie w procesach oczyszczania ścieków komunalnych . Najczęstszym zastosowaniem ścieków w osadnikach lamelowych jest etap oczyszczania trzeciego stopnia. Odstojniki lamelowe można zintegrować z procesem uzdatniania lub zastosować samodzielne jednostki w celu zwiększenia przepływu przez istniejące stacje uzdatniania wody. Jedną z opcji integracji osadników lamelowych z istniejącymi instalacjami jest instalacja konwencjonalna lub osadowa odstojniki kocowe do modernizacji poprzez dołączenie wiązki pochylonych płyt lub rurek przed przelewem w tzw. „strefie czystej wody”. Może to dwukrotnie zwiększyć powierzchnię osiadania, co skutkuje zmniejszeniem ładunku ciał stałych w przelewie.

Zalety i ograniczenia

Główną przewagą osadników lamelowych nad innymi systemami klarującymi jest duża efektywna powierzchnia osadzania spowodowana zastosowaniem pochylonych płyt, co poprawia warunki pracy osadników na wiele sposobów. Jednostka jest bardziej zwarta i zwykle zajmuje tylko 65-80% powierzchni osadników pracujących bez pochylonych płyt. Dlatego tam, gdzie ograniczenia związane z powierzchnią terenu mają znaczenie, preferowany jest system osadników lamelowych. Zmniejszona wymagana powierzchnia pozwala na umieszczenie i obsługę osadników wewnątrz, zmniejszając niektóre typowe problemy związane z glonami wzrost, zatykanie spowodowane gromadzeniem się pyłu i zapachów, które występują, gdy maszyna znajduje się na zewnątrz. Praca w zamkniętej przestrzeni pozwala również na lepszą kontrolę temperatury roboczej i warunków ciśnieniowych. Nachylone płyty oznaczają, że osadnik może pracować z szybkością przelewu od 2 do 4 razy większą niż w tradycyjnych osadnikach, co pozwala na większe natężenie przepływu wpływającego, a tym samym bardziej efektywny czasowo proces klarowania. Odstojniki lamelowe oferują również prostą konstrukcję bez konieczności stosowania środków chemicznych. Dzięki temu mogą działać jako wstępna obróbka delikatnych procesów membranowych. W razie potrzeby można dodać flokulanty w celu zwiększenia wydajności.

Wydajność osadnika lamelowego można poprawić przez dodanie flokulantów i koagulantów. Te chemikalia optymalizują proces osadzania i powodują wyższą czystość wody przelewowej, zapewniając, że wszystkie mniejsze ciała stałe osadzają się w dolnym strumieniu osadu.

Kolejną zaletą odstojnika lamelowego jest wyraźny brak mechanicznych, ruchomych części. W związku z tym system nie wymaga wkładu energii, z wyjątkiem pompy wpływającej i ma znacznie mniejszą skłonność do uszkodzeń mechanicznych niż inne osadniki. Ta zaleta rozciąga się na względy bezpieczeństwa podczas obsługi instalacji. Brak elementów mechanicznych skutkuje bezpieczniejszym środowiskiem pracy i mniejszym prawdopodobieństwem obrażeń.

Chociaż odstojnik lamelowy przezwyciężył wiele trudności napotykanych przy stosowaniu bardziej tradycyjnych odstojników, nadal istnieją pewne wady związane z konfiguracją i działaniem sprzętu. Odstojniki lamelowe nie są w stanie przetwarzać większości surowych mieszanek paszowych, które wymagają wstępnej obróbki w celu usunięcia materiałów, które mogłyby zmniejszyć skuteczność separacji. Pasza wymaga wstępnego przetworzenia w zaawansowanym dokładnym przesiewaniu oraz usunięciu piasku i tłuszczu, aby zapewnić, że wpływająca mieszanina ma odpowiedni skład.

Układ osadnika powoduje dodatkowe turbulencje , gdy woda skręca za róg od źródła do nachylonych płyt. Ten obszar zwiększonej turbulencji pokrywa się z punktem zbierania osadu, a płynąca woda może powodować ponowne zawieszenie części stałych, jednocześnie rozcieńczając osad. Powoduje to konieczność dalszej obróbki w celu usunięcia nadmiaru wilgoci z osadu. Wloty i wylot osadnika muszą być zaprojektowane tak, aby zapewnić równomierny rozkład przepływu.

Wymagana jest regularna konserwacja, ponieważ szlam spływa po nachylonych płytach, powodując ich zabrudzenie. Regularne czyszczenie pomaga zapobiegać nierównomiernemu rozkładowi przepływu. Ponadto źle konserwowane płyty mogą powodować nierównomierny rozkład przepływu i obniżać wydajność procesu. Gęsto upakowane talerze utrudniają czyszczenie. Można jednak zainstalować wyjmowane i niezależnie podparte płyty lamelowe.

Dostępne w handlu osadniki lamelowe wymagają innej geometrii zbiornika betonowego i wsparcia konstrukcyjnego niż konwencjonalne systemy klarowania szeroko stosowane w przemyśle, co zwiększa koszt instalacji nowego (lamelowego) systemu klarowania.

Dostępne wzory

Typowa konstrukcja osadnika lamelowego składa się z szeregu nachylonych płyt wewnątrz naczynia, patrz pierwszy rysunek. Strumień nieoczyszczonej wody zasilającej wpływa od góry zbiornika i spływa kanałem zasilającym pod nachylonymi płytami. Następnie woda przepływa do wnętrza osadnika między nachylonymi płytami. W tym czasie ciała stałe osadzają się na płytkach i ostatecznie opadają na dno naczynia. Trasa, którą pokonuje cząstka, będzie zależała od natężenia przepływu zawiesiny i szybkości osiadania cząstki i można ją zobaczyć na drugim rysunku. Na dnie zbiornika lejek lub lejek zbiera te cząstki w postaci szlamu. Osad może być odprowadzany w sposób ciągły lub przerywany. Nad nachylonymi płytami osadzają się wszystkie cząsteczki i wytwarzana jest klarowna woda, która jest odprowadzana do kanału wylotowego. Oczyszczona woda opuszcza system w strumieniu wylotowym.

Schemat oczyszczacza lamelowego na schemacie orurowania i oprzyrządowania (P&ID).

Zachowanie się cząstek stałych (odstojnik lamelowy).

Istnieje wiele zastrzeżonych projektów oczyszczaczy lamelowych. Płyty skośne mogą być oparte na rurach okrągłych, sześciokątnych lub prostokątnych. Niektóre możliwe cechy konstrukcyjne obejmują:

Rozstaw rur lub płyt 50 mm
Długość rury lub płyty 1–2 m
Nachylenia płyt między 45° a 70° pozwalają na samooczyszczanie, niższe nachylenia wymagają płukania wstecznego
Minimalny kąt nachylenia płyty 7°
Typowe szybkości załadunku wynoszą od 5 do 10 m/h

Główne cechy procesu

Odstojniki lamelowe mogą obsługiwać maksymalne stężenie wody zasilającej wynoszące 10000 mg/l tłuszczu i 3000 mg/l ciał stałych. Oczekiwane wydajności separacji dla typowej jednostki to:

90-99% usuwania wolnych olejów i smarów w standardowych warunkach pracy.
20-40% usuwanie zemulgowanych olejów i smarów bez poprawek chemicznych.
Usuwanie 50-99% z dodatkiem środków chemicznych.
Uzdatniona woda ma zmętnienie około 1-2 NTU .

Początkowa inwestycja wymagana dla typowego osadnika lamelowego waha się od 750 do 2500 USD na metr sześcienny oczyszczanej wody, w zależności od konstrukcji osadnika.

Szybkość obciążenia powierzchni (znana również jako szybkość przelewania powierzchni lub szybkość osiadania powierzchni) dla osadnika lamelowego mieści się w zakresie od 10 do 25 m/h. Dla tych szybkości osadzania czas retencji w osadniku jest niski i wynosi około 20 minut lub mniej, a wydajność operacyjna waha się od 1–3 m 3 ^/godz./m 2 ⁽ przewidywanej powierzchni).

Ocena cech

Separacja ciał stałych jest opisana przez efektywność sedymentacji , η. Który zależy od stężenia, natężenia przepływu, rozkładu wielkości cząstek, wzorców przepływu i upakowania płyt i jest określony przez następujące równanie.

η = (do ₁ - do ₂ )/ do ₂

gdzie c ₁ jest stężeniem na wlocie, a c ₂ stężeniem na wylocie.

Nachylony kąt płyt pozwala na zwiększenie tempa załadunku/przepustowości i skrócenie czasu retencji w stosunku do konwencjonalnych odstojników. Wzrost szybkości załadunku 2-3 razy w stosunku do konwencjonalnego odstojnika (o tej samej wielkości).

Całkowitą powierzchnię wymaganą do osiadania można obliczyć dla płyty lamelowej z N płytami, każda o szerokości W, z podziałką płyt θ i rozstawem rur p.

Gdzie,

A = W∙(Np+cosθ)

W tabeli 1 przedstawiono charakterystyki i zakresy pracy różnych agregatów klarujących.

Jednostka wyjaśniająca	Szybkość przelewu (m ³ /m ² /h)	Czas retencji (min)	Skuteczność usuwania zmętnienia (%)
Odświeżacz lamelowy	5-12	60-120	90-95
Prostokątny	1-2	120-180	90-95
Okólnik	1-3	60-120	90-95
Koc flokowy	1-3	120-180	90-95
Balastowany piaskiem	< 200	5-7	90-99
Recyrkulacja osadu	< 120	10-16	90-99
Magnetyt	< 30	15	90-99

Gdzie szybkość przelewu jest miarą pojemności osadnika płynem i jest zdefiniowana jako natężenie przepływu wpływającego podzielone przez poziomą powierzchnię osadnika. Czas retencji to średni czas, przez który cząstki pozostają w osadniku. Zmętnienie jest miarą zmętnienia. Wyższe wartości skuteczności usuwania zmętnienia odpowiadają mniejszej ilości cząstek stałych pozostających w sklarowanym strumieniu. Prędkość opadania cząstek stałych można również określić za pomocą prawa Stokesa .

Heurystyka projektowa

Tempo wzrostu: Tempo wzrostu może wynosić od 0,8 do 4,88 m/h z różnych źródeł (Kucera, 2011).
Obciążenie płyt: Obciążenia płyt należy ograniczyć do 2,9 m/h, aby zapewnić utrzymanie przepływu laminarnego między płytami.
Kąt płyty: Ogólny konsensus jest taki, że płyty powinny być nachylone pod kątem 50-70° od poziomu, aby umożliwić samooczyszczanie. Powoduje to, że rzutowana powierzchnia płyty osadnika lamelowego zajmuje około 50% powierzchni konwencjonalnego osadnika.
Odstęp między płytkami: Typowy odstęp między płytkami wynosi 50 mm, chociaż odstępy między płytkami mogą wynosić od 50 do 80 mm, biorąc pod uwagę, że cząstki o wielkości > 50 mm zostały usunięte na etapach obróbki wstępnej.
Długość płyt: W zależności od skali systemu, całkowita długość płyt może się różnić, jednak długość płyt powinna umożliwiać wzniesienie się płyt o 125 mm ponad górny poziom wody, z pozostawieniem 1,5 m przestrzeni pod płytami na dnie odstojnik do zbierania osadu. Większość płyt ma długość 1–2 m.
Materiały płyt: Płyty powinny być wykonane ze stali nierdzewnej , z wyjątkiem sytuacji, w których system został dozowany chlorem w celu zapobieżenia rozwojowi glonów. W takich okolicznościach płytki mogą być pokryte tworzywem sztucznym lub powleczone tworzywem sztucznym.
Punkt zasilania: Paszę należy wprowadzać co najmniej 20% powyżej podstawy płyty, aby zapobiec zakłóceniom stref osadzania u podstawy płyt.

Systemy oczyszczania

Zarówno strumień przelewowy, jak i dolny z osadnika lamelowego często wymagają dodatkowej obróbki. Strumień dolny jest często poddawany odwadniania , takiemu jak zagęszczacz lub filtr z prasą taśmową, w celu zwiększenia gęstości zawiesiny . Jest to ważna obróbka końcowa, ponieważ szlamu dolnego często nie można zawrócić do procesu. W takim przypadku często trzeba go przetransportować do zakładu utylizacji, a koszt tego transportu zależy od objętości i wagi gnojowicy. Dlatego wydajny proces odwadniania może przynieść znaczne oszczędności kosztów. Tam, gdzie gnojowicę można poddać recyklingowi w procesie, często trzeba ją wysuszyć, a ponowne odwodnienie jest ważnym krokiem w tym procesie.

Obróbka wtórna wymagana dla strumienia przelewowego zależy zarówno od charakteru strumienia wlotowego, jak i od tego, do czego będzie używany przelew. Na przykład, jeśli płyn przepuszczany przez osadnik lamelowy pochodzi z ciężkiego zakładu przemysłowego, może wymagać dodatkowej obróbki w celu usunięcia oleju i smaru, zwłaszcza jeśli ścieki mają być odprowadzane do środowiska. Jednostka procesu separacji, taka jak koalescer , jest często używana do fizycznego wyzwalania separacji wody i olejów.

W przypadku uzdatniania wody pitnej przelew z osadnika lamelowego będzie wymagał dalszego oczyszczania w celu usunięcia cząsteczek organicznych , a także dezynfekcji w celu usunięcia bakterii. Zostanie również przepuszczona przez szereg jednostek polerujących, aby usunąć zapach i poprawić kolor wody.

W przypadku osadników lamelowych istnieje tendencja do wzrostu glonów na nachylonych płytach, co może stanowić problem, zwłaszcza jeśli przelew jest odprowadzany do środowiska lub gdy osadnik lamelowy jest używany jako wstępna obróbka dla jednostki filtracji membranowej. W każdym z tych przypadków przelew wymaga dodatkowej obróbki, takiej jak antracytowy filtr piaskowy, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się glonów za osadnikiem lamelowym. Ponieważ pochylone płyty w osadniku lamelowym są wykonane ze stali, nie zaleca się stosowania chloru do kontrolowania wzrostu biologicznego, ponieważ może to przyspieszyć korozję płyt .

Nowe ulepszenia

Jedną z odmian opracowywanej standardowej konstrukcji osadnika lamelowego jest sposób, w jaki ścieki są zbierane na górze nachylonych płyt. Zamiast ścieku przepływającego przez górę nachylonych płyt do kanału wylotowego, przepływa on przez otwory w górnej części płyt. Taka konstrukcja pozwala na bardziej spójne przeciwciśnienie w kanałach między płytami, a tym samym rozwija się bardziej spójny profil przepływu. Oczywiście ten projekt sprawdza się tylko w przypadku stosunkowo czystych strumieni ścieków, ponieważ otwory szybko zostałyby zablokowane osadami, co poważnie obniżyłoby wydajność urządzenia. Inny nowy projekt obejmuje regulowaną górną część naczynia, dzięki czemu można zmieniać wysokość naczynia. Ta regulacja wysokości dotyczy deflektora, który kieruje strumieniem wlotowym. Ten projekt ma być używany do dekantacja wody burzowej.

Kolejną odmianą konstrukcyjną poprawiającą wydajność jednostki separacji jest sposób, w jaki ścieki wpływają do osadnika lamelowego. Standardowa konstrukcja odstojnika ma ścieki wpływające na dnie nachylonych płyt, zderzając się z szlamem zsuwającym się po płytach. Ten obszar mieszania sprawia, że dolne 20% nachylonych płyt nie nadaje się do osiadania. Projektując osadnik lamelowy w taki sposób, aby ścieki wpływały do nachylonych płyt bez zakłócania przepływu gnojowicy w dół, wydajność osadnika lamelowego można poprawić o 25%.