Фильтр-пресс для обезвоживания суспензий

 

Изобретение относится к области фильтровальной техники, а именно к области разделения жидкой и твердой фаз суспензии, и может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической промышленности, а также на предприятиях коммунального хозяйства при переработке сточных вод. Фильтр-пресс содержит переднюю стойку с упорной плитой, заднюю стойку с механизмом зажима плит. Между упорной и нажимной плитами расположен набор вертикально установленных фильтровальных плит, размещенных с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости посредством механизма перемещения плит. Фильтр-пресс согласно изобретению содержит устройство для подачи реагентов при обработке суспензии, линию подкисления фильтрата, выходящего из фильтр-пресса. Каждая фильтровальная плита согласно изобретению имеет дно углублений, выполненное рельефным. Технический результат - повышение производительности в 2,5 раза, уменьшение себестоимости единицы объема перерабатываемой суспензии. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области фильтровальной техники, а именно к области разделения жидкой и твердой фаз суспензии, и может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической промышленности, а также на предприятиях коммунального хозяйства при переработке сточных вод.

Известен фильтр-пресс (SU, авторское свидетельство 1717176, В 01 D 25/12, 1992), содержащий фильтровальные плиты с размещенной между ними фильтровальной тканью, коллектор для отвода фильтрата с подводящими каналами, выполненными в плитах, магистраль подачи суспензии с вентилями для слива суспензии и промывной воды.

Недостатком известной конструкции следует признать ее низкую производительность и обусловленную этим высокую себестоимость продукта.

Известен также фильтр-пресс (RU, патент 2156639, В 01 D 25/12, 2000), содержащий фильтровальные плиты с размещенной между ними фильтровальной тканью, коллектор для отвода фильтрата с подводящими каналами, выполненными в плитах, магистраль подачи суспензии с вентилями для слива суспензии и промывной воды, магистраль подачи промывной воды и дополнительный коллектор для отвода фильтрата, причем фильтровальные плиты выполнены с углублениями с обеих сторон, один коллектор соединен, по меньшей мере, одним каналом с объемом углублений только по одной стороне каждой фильтровальной плиты, а другой - с объемом углублений только по другой стороне каждой фильтровальной плиты, магистраль подвода суспензии снабжена вентилем для выпуска воздуха, магистраль подачи промывной воды снабжена вентилем для подачи воздуха и соединена, по меньшей мере, с одним коллектором для отвода фильтрата, а оба коллектора соединены между собой с возможностью разъединения.

Недостатком известной конструкции следует признать его низкую производительность и обусловленную этим высокую себестоимость продукта.

Известен также фильтр-пресс (RU, патент 2104742, В 01 D 25/12, 2001), содержащий переднюю и заднюю стойки, соединенные между собой верхней балкой и нижними боковыми стяжками. На верхней балке между указанными стойками расположен набор фильтровальных плит и нажимная плита, взаимодействующая с механизмом зажима. Фильтровальные плиты оснащены фильтрующими перегородками и подвешены на верхней балке посредством кронштейнов. При этом указанные фильтровальные плиты соединены между собой, а крайние из них соединены соответственно с нажимной плитой и передней стойкой ограничительными планками. Фильтр-пресс содержит также устройство регенерации ткани и механизм выгрузки осадка, выполненный в виде приводных штанг и подвижных блоков с закрепленными в них направляющими и разгрузочными роликами, между которыми зигзагообразно пропущены фильтрующие перегородки.

Недостатком известной конструкции следует признать его низкую производительность и обусловленную этим высокую себестоимость продукта.

Известен фильтр-пресс (US, патент 4351725, В 01 D 25/12, 1982), содержащий переднюю стойку с упорной плитой, заднюю стойку с механизмом зажима плит, взаимодействующие с нажимной плитой, верхние балки и верхние боковые стяжки. Между упорной и нажимной плитами фильтр-пресса расположен набор вертикально установленных фильтровальных плит, оснащенных фильтрующими перегородками. Каждая фильтровальная плита подвешена на верхних балках посредством кронштейна с роликами, смещенными друг относительно друга вдоль продольной оси фильтр-пресса, кроме того, фильтр-пресс содержит механизм перемещения фильтровальных плит.

Недостатком известной конструкции следует признать его низкую производительность и обусловленную этим высокую себестоимость продукта.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого изобретения, состоит в разработке фильтр-пресса повышенной производительности.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в уменьшении себестоимости единичного объема перерабатываемой суспензии.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать фильтр-пресс, содержащий переднюю стойку с упорной плитой, заднюю стойку с механизмом зажима плит, взаимодействующие с нажимной плитой, причем между упорной и нажимной плитами фильтр-пресса расположен набор вертикально установленных фильтровальных плит, оснащенных фильтрующими перегородками и размещенных с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости посредством механизма перемещения фильтровальных плит, устройство для подачи реагентов при обработке суспензий, содержащее магистраль подачи обрабатываемой суспензии, к которой подключены магистраль подачи флокулянта и магистраль подачи коагулянта, буферную емкость суспензии, первый вход которой подключен к магистрали подачи суспензии, а выход подключен как к входу в фильтр-пресс, так и ко второму входу буферной емкости суспензии, при этом магистраль подачи суспензии подключена к установленным параллельно указанной буферной емкости смесителю, через его первый вход, и хранилищу суспензии, причем выход смесителя подключен к входу хранилища суспензии и к магистрали подачи суспензии до входа в буферную емкость, а выход хранилища суспензии подключен вместе с магистралью подачи сорбента ко второму входу смесителя, при этом выход смесителя отделен от магистрали подачи суспензии и хранилища вентилями; также вентиль установлен перед первым входом смесителя к магистрали подачи суспензии до ввода в буферную емкость, последовательно подключены магистраль чистой воды, предназначенная для разбавления исходной суспензии, емкость с раствором солей металлов - коагулянтов, а также система подщелачивания суспензии, включающая линию подачи твердого щелочного реагента, хранилища суспензии, подключенную к первому входу хранилища суспензии, ко второму входу которого подключена магистраль воды, выход хранилища суспензии посредством транспортера подключен к первому входу смесителя, ко второму входу которого подключена магистраль воды, выход смесителя подключен к магистрали подачи суспензии, при этом на выходах магистрали чистой воды и раствора солей установлены вентили, к магистрали подачи суспензии после выхода из буферной емкости подключена магистраль подачи флокулянта, кроме того, устройство дополнительно содержит линию подкисления фильтрата, выходящего из фильтр-пресса, включающую емкость с кислотой, выход которой подключен через вентиль к первому входу узла разбавления, ко второму входу которого через вентиль подключена магистраль воды, а выход узла разбавления подключен к магистрали отвода фильтрата из фильтр-пресса; каждая фильтровальная плита выполнена с углублениями с обеих сторон, образующими при сборке камеру для осадка, причем в центре плиты выполнено сквозное отверстие для подвода суспензии, по углам - отверстия для отвода фильтрата, соединенные с обеих сторон плиты каналами, причем дно углублений выполнено рельефным, при этом каждое отверстие для отвода фильтрата выполнено с возможностью слива фильтрата в сливную трубу, причем диаметр отверстия для подачи суспензии составляет от 0,04 до 0,80 м, а диаметр отверстия для отвода фильтрата составляет от 0,025 до 0,5 м, при этом диаметр канала, расположенного в нижней части плиты и сообщающего отверстия для слива фильтрата со сливной трубой, составляет 0,02-0,20 м. Предпочтительно фильтровальная плита имеет прямоугольную форму, причем размеры плиты составляют от 0,80,8 м до 2,02,0 м при толщине от 0,04 до 0,5 м. Фильтровальная плита может быть выполнена из чугуна, нержавеющей стали, сплавов цветных металлов или углублений полипропилена. Рельеф дна углублений плиты может быть выполнен в виде чередующихся полос, в виде нерегулярно или регулярно расположенных конусообразных фигур. Предпочтительно углубления в плите сопряжены с поверхностями плиты под углом 15-35^o. Устройство подачи реагентов может дополнительно содержать элементы контрольно-измерительной аппаратуры, в частности датчики плотности и рН. Оно также может содержать исполнительные механизмы, обеспечивающие поступление соответствующих количеств реагентов в магистраль подачи суспензии, а также перемещение всей суспензии или, по меньшей мере, ее части по отдельным ветвям магистрали подачи суспензии, в частности насосы и дистанционно управляемые вентили. Предпочтительно слив фильтрата в сливную трубу выполнен посредством шлангов, установленных между отверстиями для отвода фильтрата в фильтровальной плите и штуцером, расположенным на сливной трубе. При этом обычно сливная труба бывает выполнена с возможностью выпуска воздуха (обратный клапан или загнутый вверх открытый патрубок, который может быть закрыт адсорбером). Ввод магистрали подачи раствора флокулянта в магистраль суспензии обычно бывает выполнен так, чтобы обеспечить максимальное быстрое смешение раствора флокулянта и суспензии (подача по тангенциальному направлению относительно направления потока суспензии, подача с нескольких штуцеров, расположенных по окружности магистрали подачи суспензии, подача в турбулизатор).

Достижение указанного технического результата обусловлено использованием дна углублений в фильтровальной плите рельефным, что позволяет уменьшить адгезию осадка к поверхности плиты и облегчить тем самым удаление твердого осадка, образованного твердой фазой суспензии из пространства между двумя плитами. Выполнение по всем углам плиты отверстий для удаления фильтрата ускоряет процесс осушки твердой фазы суспензии. Экспериментально подобранные размеры отверстий в плите обеспечивают максимальную скорость обезвоживания суспензии и тем самым повышение производительности процесса. Также для достижения указанного технического результата необходимо использовать предложенное устройство подготовки реагентов. Его необходимость обусловлена тем, что исходная суспензия может содержать различное соотношение жидкой и твердой фаз, поэтому при поступлении суспензии с содержанием твердой фазы, превышающей технологические нормы, осуществляют разбавление исходной суспензии водой. Это позволяет оптимизировать в дальнейшем обработку суспензии, отделить значительную часть жидкой фазы до ввода в фильтр-пресс и повысить тем самым производительность фильтр-пресса. Введение растворов солей металлов приводит к структурированию гелеобразного осадка из жидкой фазы суспензии и более полному разделению жидкой и твердой фаз суспензии, что в свою очередь позволяет отделить значительную часть жидкой фазы до ввода в фильтр-пресс и повысить тем самым производительность фильтр-пресса. Введение подщелачивающего компонента в суспензию приводит к дополнительному разделению твердой и жидкой фаз суспензии и позволяет отделить значительную часть жидкой фазы, по меньшей мере, до ввода в фильтр-пресс и/или в начале фильтр-пресса и повысить тем самым производительность фильтр-пресса. После поступления в буферную емкость происходит и частичное освобождение связанной воды. При необходимости, если после введения раствора солей металлов и подщелачивания разделение жидкой и твердой фаз суспензии прошло недостаточно, суспензию либо для увеличения времени взаимодействия ее с введенными реагентами пропускают через хранилище суспензии и затем через смеситель, в котором происходит взаимодействие суспензии с сорбентами, поступающими по магистрали подачи сорбента в смеситель, либо последовательно через указанный смеситель, хранилище суспензии и повторно через смеситель. В любом случае реализации предложенного устройства в буферной емкости происходит отделение, по меньшей мере, до 80% жидкой фазы от суспензии. Если значительную часть суспензии, выходящей из буферной емкости, повторно возвращают в буферную емкость, то вновь поступающая суспензия попадает не в буферную емкость, а в хранилище суспензии, а затем по мере освобождения буферной емкости через смеситель поступает в буферную емкость. Введение флокулянта в суспензию позволяет выделить значительную часть (до 80%) связанной воды с последующим ее отделением и сформировать осадок твердой фазы суспензии, легко отделяемый на фильтр-прессе. При необходимости для увеличения времени взаимодействия флокулянта с суспензией, по меньшей мере, часть суспензии может быть возвращена в буферную емкость для дополнительного отделения жидкой фазы суспензии. Из-за введения щелочных компонентов фильтрат, выделяемый в фильтр-прессе, может иметь щелочную среду. Поэтому перед сливом фильтрата в канализацию его нейтрализуют введением кислотного реагента. Указанный кислотный реагент вводят в магистраль отвода фильтрата после фильтр-пресса. Кроме указанных элементов, устройство может содержать элементы контрольно-измерительной аппаратуры (предпочтительно, датчики плотности и рН), определяющей при перемещении суспензии по устройству ее параметры. Также устройство может содержать исполнительные механизмы (дистанционно управляемые насосы и вентили), обеспечивающие поступление соответствующих количеств реагентов в магистраль подачи суспензии, а также перемещение всей суспензии или, по меньшей мере, ее части по отдельным ветвям магистрали подачи суспензии. Признаки, введенные в зависимые пункты формулы изобретения, незначительно усиливают указанный технический результат.

На фиг. 1 приведен вид фильтр-пресса в базовом варианте, на фиг.2 - вид фильтровальной плиты, на фиг.3 - схема устройства подготовки реагентов. При этом использованы следующие обозначения: передняя стойка 1, задняя стойка, набор 3 вертикально установленных фильтровальных плит, устройство 4 для подачи реагентов при обработке суспензий, основание 5 фильтровальной плиты, отверстие 6 в фильтровальной плите для подачи суспензии, отверстия в ней 7 для слива фильтрата, канал 8 для слива фильтрата, углубление 9 в основании, рельеф 10 углубления, магистраль 11 подачи суспензии, магистраль 12 подачи чистой воды, емкость 13 с раствором солей металлов, магистраль 14 подачи раствора солей металлов, смеситель 15 подщелачивателя, магистраль 16 подачи подщелачивания, буферная емкость 17 суспензии, смеситель 18, хранилище 19 суспензии, емкость 20 флокулянта, магистраль 21 подачи флокулянта, узел разбавления 22 кислоты, магистраль 23 подачи кислоты, магистраль 24 отвода фильтрата из фильтр-пресса 25.

Фильтр-пресс в базовом варианте работает следующим образом. По магистрали 11 подачи суспензии подают суспензию сточных вод из отстойника, содержащую 97% жидкой фазы и 3% твердой фазы. Технологический процесс обезвоживания суспензии рассчитан примерно на подобное соотношение жидкой и твердой фаз, следовательно, добавление чистой воды по магистрали 12 в суспензию излишне. Из емкости 13 через магистраль 14 в магистраль 11 подают 5% раствор хлорного железа. После введения коагулянта рН суспензии составил 7,5, что обусловило введение в магистраль 11 из смесителя 15 через магистраль 16 раствора подщелачивания до достижения суспензией в магистрали 11 значения рН 8,0-8,5, что обеспечивает оптимальный вариант отделения жидкой фазы от твердой фазы в буферной емкости 17. После буферной емкости 17 содержание жидкой и твердой фаз в суспензии составило соответственно 95 и 5%. Из емкости 20 через магистраль 21 в магистраль 11 подают 0,1% раствор флокулянта. При этом примерно 20% суспензии было возвращено в буферную емкость 17 для дальнейшего отделения жидкой фазы. В случае переполнения буферной емкости 17 обрабатываемой суспензией или при необходимости дополнительной обработки суспензии сорбентами суспензию, прошедшую обработку солями металлов и, возможно, подщелачивающим реагентом, подают в хранилище суспензии, откуда она поступает в смеситель, к которому дополнительно подведена магистраль подачи сорбента (не показана), причем через выход смесителя суспензия поступает в буферную емкость 17. Перед вводом суспензии в фильтр-пресс содержание жидкой и твердой фаз в суспензии составило соответственно 80 и 20%. Это позволило повысить производительность фильтр-пресса в 2,5 раза. Поскольку рН получаемого при отделении твердой фазы суспензии фильтрата составил 8,2, введение нейтрализующего реагента излишне. Подготовленная суспензия поступает через отверстие 6 в фильтровальной плите для подачи суспензии в пакет фильтровальных плит, проходя через фильтровальные полотна. При этом в углублениях в плитах остается осадок твердой фазы, фильтрат уходит в сливные магистрали через отверстия в плите 7 для слива фильтрата и каналы 8 для слива фильтрата. Затем после заполнения камер, образованных углублениями 9 в основании плит, отключают подачу суспензии, выгружают осадок из камер, промывают камеры и повторяют процедуру.

Использование признаков, введенных в формулу изобретения, позволило повысить производительность фильтр-пресса в 2,5 раза.

Формула изобретения

1. Фильтр-пресс, содержащий переднюю стойку с упорной плитой, заднюю стойку с механизмом зажима плит, взаимодействующие с нажимной плитой, расположенный между упорной и нажимной плитами набор вертикально установленных фильтровальных плит, оснащенных фильтрующими перегородками и размещенных с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости посредством механизма перемещения плит, отличающийся тем, что дополнительно содержит устройство для подачи реагентов при обработке суспензий, содержащее магистраль подачи обрабатываемой суспензии, к которой подключены магистраль подачи флокулянта и магистраль подачи коагулянта, буферную емкость суспензии, первый вход которой подключен к магистрали подачи суспензии, а выход, подключен как к входу в фильтр-пресс, так и ко второму входу буферной емкости суспензии, при этом магистраль подачи суспензии подключена к установленным параллельно указанной буферной емкости смесителю, через его первый вход, и хранилищу суспензии, причем выход смесителя подключен к входу хранилища суспензии и к магистрали подачи суспензии до входа в буферную емкость, а выход хранилища суспензии подключен вместе с магистралью подачи сорбента ко второму входу смесителя, при этом выход смесителя отделен от магистрали подачи суспензии и хранилища вентилями; перед первым входом смесителя также установлен вентиль, а к магистрали подачи суспензии до ввода в буферную емкость последовательно подключены магистраль чистой воды, предназначенной для разбавления исходной суспензии, емкость с раствором солей металлов-коагулянтов, а также система подщелачивания суспензии, включающая линию подачи твердого щелочного реагента, подключенную к первому входу хранилища суспензии, ко второму входу которого подключена магистраль воды, выход хранилища суспензии посредством транспортера подключен к первому входу смесителя, ко второму входу которого подключена магистраль воды, выход смесителя подключен к магистрали подачи суспензии, при этом на выходах магистрали чистой воды и раствора солей установлены вентили; к магистрали подачи суспензии после выхода из буферной емкости подключена магистраль подачи флокулянта, кроме того, устройство дополнительно содержит линию подкисления фильтрата, выходящего из фильтр-пресса, включающую емкость с кислотой, выход которой подключен через вентиль к первому входу узла разбавления, ко второму входу которого через вентиль подключена магистраль воды, а выход узла разбавления подключен к магистрали отвода фильтрата из фильтр-пресса, при этом каждая фильтровальная плита выполнена с углублениями с обеих сторон, образующими при сборке камеру для осадка, причем в центре плиты выполнено сквозное отверстие для подвода суспензии, по углам - отверстия для отвода фильтрата, соединенные с обеих сторон плиты каналами, дно углублений выполнено рельефным, при этом каждое отверстие для отвода фильтрата выполнено с возможностью слива фильтрата в сливную трубу, причем диаметр отверстия для подачи суспензии составляет от 0,04 до 0,80 м, диаметр отверстия для отвода фильтрата составляет от 0,025 до 0,5 м, а диаметр канала, сообщающего отверстия для слива фильтрата со сливной трубой, составляет 0,02-0,20 м.

2. Фильтр-пресс по п. 1, отличающийся тем, что плита имеет прямоугольную форму.

3. Фильтр-пресс по п. 1 или 2, отличающийся тем, что размеры плиты составляют от 0,8х0,8 м до 2,0х2,0 м.

4. Фильтр-пресс по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что плита выполнена из чугуна, нержавеющей стали, сплавов цветных металлов или полипропилена.

5. Фильтр-пресс по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что рельеф дна углублений плиты выполнен в виде чередующихся полос.

6. Фильтр-пресс по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что рельеф дна углублений плиты выполнен в виде конусообразных фигур.

7. Фильтр-пресс по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что углубления в плите сопряжены с поверхностями плиты под углом 15 -35^o.

8. Фильтр-пресс по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что устройство подачи реагентов дополнительно содержит элементы контрольно-измерительной аппаратуры.

9. Фильтр-пресс по п. 8, отличающийся тем, что устройство подачи реагентов содержит датчики плотности и рН.

10. Фильтр-пресс по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что устройство подачи реагентов дополнительно содержит исполнительные механизмы, обеспечивающие поступление соответствующих количеств реагентов в магистраль подачи суспензии, а также перемещение всей суспензии или, по меньшей мере, ее части по отдельным ветвям магистрали подачи суспензии.

11. Фильтр-пресс по п. 10, отличающийся тем, что устройство подачи реагентов содержит насосы и дистанционно управляемые вентили.

12. Фильтр-пресс по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что слив фильтрата в сливную трубу выполнен посредством шлангов, установленных между отверстиями для отвода фильтрата в фильтровальной плите и штуцером, расположенным на сливной трубе.

13. Фильтр-пресс по п. 12, отличающийся тем, что сливная труба выполнена с возможностью выпуска воздуха.

14. Фильтр-пресс по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что ввод магистрали подачи раствора флокулянта в магистраль суспензии выполнен так, чтобы обеспечить максимальное быстрое смешение раствора флокулянта и суспензии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3