RU2145579C1

RU2145579C1 - Waste water sludge granulation process

Info

Publication number: RU2145579C1
Application number: RU99103548A
Authority: RU
Inventors: Н.М. Рябчиков; Н.Ф. Калинин; В.М. Беляев; Н.А. Щеколдин; И.Г. Ложкин; В.С. Врублевский; Н.А. Миков; Л.А. Пирог
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью ООО "Лукойл-Пермнефтеоргсинтез"
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2000-02-20

Abstract

FIELD: waste water treatment. SUBSTANCE: paste-like sludge is forced through perforated die at gradient of sludge displacement velocity 20 to 90 S^-1, hydraulic resistance being maintained 0.05 to 0.5 MPa in the center of die and parabolically lowering in the direction to periphery. Power consumption on forcing 1 t of sludge is 0.43-0.1 kW/hr. EFFECT: reduced power consumption. 2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к способам утилизации и переработки, в частности гранулирования коммунальных и производственных осадков на очистных сооружениях. The invention relates to methods for disposal and processing, in particular granulation of municipal and industrial sludge at sewage treatment plants.

Уровень техники заключается в следующем. The prior art is as follows.

Известен способ получения гранулирования пастообразных материалов продавливанием структурированной массы через каналы матрицы, имеющей определенные размеры и форму [Процессы гранулирования в промышленности / Вилесов Н.Г. и др. М.: Техника, 1976, стр. 105]. A known method of producing granulation of pasty materials by forcing a structured mass through the channels of a matrix having a certain size and shape [Granulation processes in industry / NG Vilesov and other M .: Technique, 1976, p. 105].

Недостатком способа является необходимость предварительной подготовки материала - принудительной пластификации, представляющей собой процесс образования высокомолекулярной коагуляционной структуры. The disadvantage of this method is the need for preliminary preparation of the material - forced plasticization, which is the process of formation of high molecular weight coagulation structure.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения гранул из осадков сточных вод, включающий продавливание пастообразного осадка через перфорированную матрицу с постоянным гидравлическим сопротивлением [патент Японии N 57-27760, С 02 F 11/12, 1982]. The closest in technical essence and the achieved result to the present invention is a method for producing granules from sewage sludge, including forcing a pasty sludge through a perforated matrix with constant hydraulic resistance [Japan patent N 57-27760, 02 F 11/12, 1982].

Данный способ позволяет получать гранулы заданного размера на компактных установках большой производительности, однако он не обеспечивает одинаковую скорость осадка в отверстиях матрицы от центра к периферии из-за неравномерного поля скоростей перед матрицей, имеющей по оси - максимальное значение и падающей до нуля у стенки. Это приводит к неэффективному использованию матрицы и неоправданным затратам на продавливание осадка в периферийной зоне из-за высокой вязкости осадка при низких градиентах скорости сдвига осадка в отверстии. This method allows you to get granules of a given size on compact plants with high productivity, however, it does not provide the same sediment speed in the holes of the matrix from the center to the periphery due to the uneven velocity field in front of the matrix, which has the maximum value along the axis and drops to zero at the wall. This leads to inefficient use of the matrix and unjustified costs for forcing the sludge in the peripheral zone due to the high viscosity of the sludge at low gradients of the shear rate of the sludge in the hole.

Сущность изобретения заключается в следующем:
Изобретение направлено на решение задачи - снижение энергетических затрат на гранулирование осадка. Решение данной задачи опосредовано новым техническим результатом - нахождение оптимальных параметров продавливания и изменения гидравлического сопротивления перфорированной матрицы.The invention consists in the following:
The invention is aimed at solving the problem - reducing energy costs for granulation of sediment. The solution to this problem is mediated by a new technical result - finding the optimal parameters for punching and changing the hydraulic resistance of the perforated matrix.

Существенными признаками изобретения является продавливание пастообразного осадка через перфорированную матрицу. The essential features of the invention is the forcing of a pasty sediment through a perforated matrix.

Отличающими признаками являются: 1) продавливание осадка через перфорированную матрицу проводят при градиенте скорости сдвига осадка в отверстиях матрицы 20-90 с^-1; 2) гидравлическое сопротивление перфорированной матрицы поддерживается 0,05-0,5 МПа в центре матрицы со снижением к периферии до 0,01-0,1 МПа по параболическому закону.Distinctive features are: 1) the forcing of the precipitate through the perforated matrix is carried out with a gradient of shear rate of the precipitate in the holes of the matrix 20-90 s ^-1 ; 2) the hydraulic resistance of the perforated matrix is maintained at 0.05-0.5 MPa in the center of the matrix with a decrease to the periphery to 0.01-0.1 MPa according to the parabolic law.

Экспериментами установлено, что продавливание осадка с градиентами скорости сдвига в отверстиях более 20 с^-1 приводит к разрушению внутренней структуры осадка и скачкообразному уменьшению его кажущейся вязкости, что в свою очередь снижает (приводит к снижению) удельные энергозатраты на продавливание осадка через отверстия матрицы.It was established by experiments that the forcing of the precipitate with shear rate gradients in the openings of more than 20 s ^-1 leads to the destruction of the internal structure of the precipitate and an abrupt decrease in its apparent viscosity, which in turn reduces (leads to lower) the specific energy consumption for the forcing of the sediment through the holes of the matrix.

При градиенте скорости сдвига более 90 с^-1 наблюдается гидродинамическая неустойчивость потока, получаемые гранулы имеют "рваную" поверхность.With a shear rate gradient of more than 90 s ^-1 , hydrodynamic flow instability is observed, and the resulting granules have a “torn” surface.

Экономически целесообразный градиент скорости сдвига в отверстиях матрицы 20-90 с^-1 при технически приемлемых для утилизации осадков сточных вод размерах гранул 1-5 мм требует обеспечения гидравлического сопротивления матрицы в центре 0,05-0,5 МПа со снижением к периферии до 0,01-0,1 МПа по параболическому закону.An economically feasible shear rate gradient in the holes of the matrix is 20-90 s ^-1 with granule sizes of 1-5 mm technically acceptable for disposal of sewage sludge, it is necessary to ensure the matrix hydraulic resistance in the center of 0.05-0.5 MPa with a decrease to the periphery to 0, 01-0.1 MPa according to the parabolic law.

При гидравлических сопротивлениях матрицы менее 0,05 МПа в центре и 0,01 МПа на периферии процесс гранулирования технически невозможен из-за близкого расположения формующих отверстий друг к другу, приводящего к слипанию сформованных цилиндриков за матрицей. При большем гидравлическом сопротивлении матрицы процесс продавливания осадка сопровождается гидродинамической неустойчивостью потока и повышением удельных энергозатрат. When the hydraulic resistances of the matrix are less than 0.05 MPa in the center and 0.01 MPa on the periphery, the granulation process is technically impossible due to the close proximity of the forming holes to each other, leading to the adhesion of the formed cylinders behind the matrix. With a greater hydraulic resistance of the matrix, the process of forcing the sediment is accompanied by hydrodynamic instability of the flow and an increase in specific energy consumption.

Уменьшение гидравлического сопротивления перфорированной матрицы от центра к периферии по параболическому закону создает условия для одинаковой скорости осадка в отверстиях матрицы по всей поверхности и эффективному ее использованию. Отклонения от параболического закона приводит к нарушению баланса между гидравлическим сопротивлением перфорированной матрицы и скоростным напором осадка по всему сечению матрицы. В результате чего требуются дополнительные затраты на продавливание осадка в периферийной зоне из-за повышения кажущейся вязкости при низких градиентах скорости сдвига осадка в отверстиях. The decrease in the hydraulic resistance of the perforated matrix from the center to the periphery according to a parabolic law creates the conditions for the same rate of sediment in the holes of the matrix over the entire surface and its effective use. Deviations from the parabolic law lead to an imbalance between the hydraulic resistance of the perforated matrix and the velocity pressure of the sediment over the entire cross section of the matrix. As a result, additional costs are required for pressing the sludge in the peripheral zone due to an increase in the apparent viscosity at low gradients of the shear rate of the sludge in the holes.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами. The essence of the invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Осадок илонакопительной станции по очистке сточных вод с массовой долей влаги 82% продавливается через матрицу толщиной 5 мм с диаметром отверстий 4 мм. Гидравлическое сопротивление перфорированной матрицы в центре составляет 0,06 МПа, на периферии - 0,015 МПа. Значение удельных (на 1 т осадка) энергозатрат при различных градиентах скорости сдвига представлены в табл. 1. Регулирование градиента скорости сдвига при неизменном диаметре отверстий осуществляют изменением расхода осадка. Example 1. The sediment sludge treatment plant with a mass fraction of moisture 82% is pressed through a matrix with a thickness of 5 mm with a hole diameter of 4 mm. The hydraulic resistance of the perforated matrix in the center is 0.06 MPa, on the periphery - 0.015 MPa. The value of specific (per 1 ton of sediment) energy consumption at various shear rate gradients is presented in Table. 1. The regulation of the shear rate gradient with a constant diameter of the holes is carried out by changing the flow rate of the sediment.

Из табл. 1 следует, что при уменьшении градиента скорости сдвига менее 20 с^-1 удельные энергозатраты возрастают из-за высокой вязкости осадка. При градиентах скорости 20-90 с^-1, продавливание требует меньших удельных энергозатрат, гранулы получаются с заданными размерами, процесс продавливания устойчив.From the table. 1 it follows that with a decrease in the shear rate gradient of less than 20 s ^{-1, the} specific energy consumption increases due to the high viscosity of the sediment. At speed gradients of 20-90 s ^-1 , punching requires less specific energy consumption, granules are obtained with specified sizes, the punching process is stable.

Пример 2. В условиях примера 1 градиент скорости сдвига в отверстиях составляет 30 с^-1. Значения удельных (на 1 т осадка) энергозатрат на продавливание при различных гидравлических сопротивлениях перфорированной матрицы представлены в табл. 2. Регулирование гидравлического сопротивления матрицы при неизменном диаметре отверстий осуществляют изменением "живого" сечения матрицы.Example 2. In the conditions of example 1, the gradient of the shear rate in the holes is 30 s ^-1 . The values of the specific (per 1 ton of sludge) energy consumption for punching at various hydraulic resistances of the perforated matrix are presented in table. 2. Regulation of the hydraulic resistance of the matrix with a constant diameter of the holes is carried out by changing the "live" section of the matrix.

Из табл. 2 видно, что при гидравлических сопротивлениях матрицы менее 0,05 МПа в центре и 0,01 МПа на периферии, процесс гранулирования технически невозможен из-за близкого расположения формующих отверстий друг к другу, приводящего к слипанию сформованных цилиндриков за матрицей. Гидравлическое сопротивление матрицы в интервале 0,05-0,5 МПа в центре и 0,01-0,1 МПа на периферии обеспечивает устойчивость процесса продавливания осадка через матрицу, требует меньших удельных энергозатрат. При большем гидравлическом сопротивлении матрицы процесс продавливания осадка сопровождается гидродинамической неустойчивостью потока и повышением удельных энергозатрат. From the table. 2 it can be seen that with hydraulic resistances of the matrix less than 0.05 MPa in the center and 0.01 MPa in the periphery, the granulation process is technically impossible due to the close proximity of the forming holes to each other, leading to the adhesion of the formed cylinders behind the matrix. The hydraulic resistance of the matrix in the range of 0.05-0.5 MPa in the center and 0.01-0.1 MPa in the periphery ensures the stability of the process of forcing the sediment through the matrix, requires less specific energy consumption. With a greater hydraulic resistance of the matrix, the process of forcing the sediment is accompanied by hydrodynamic instability of the flow and an increase in specific energy consumption.

Claims

1. The method of granulating sewage sludge by the method of punching through a perforated matrix, characterized in that the punching is carried out with a gradient of shear rate of sludge in the holes of the matrix 20 - 90 s ^-1 .

2. The method according to claim 1, characterized in that the hydraulic resistance in the center of the perforated matrix is maintained within the range of 0.05 - 0.5 MPa with a decrease to the periphery to 0.01 - 0.1 MPa according to the parabolic law.