Механическое обезвоживание и термическая сушка осадков
Для сушки осадка на иловых площадках, особенно на крупных очистных станциях, требуются большие земельные площади, поэтому в последнее время применяют механическое обезвоживание осадков: вакуум-фильтрацию, центрифугирование и фильтр-прессование.
Вакуум-фильтр (рис. 1) представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический барабан, покрытый фильтрующей тканью (капроновой, хлорвиниловой). Продольными, радиально расположенными перегородками барабан разделен на несколько секторов — отдельные фильтрующие камеры. Барабан медленно вращается на цапфах и погружен приблизительно на 1/3 в корыто, в которое загружается обезвоживаемый осадок. Каждый сектор барабана может находиться поочередно или под повышенным давлением, создаваемым компрессором, или под вакуумом. Когда секторы, погруженные в корыто, находятся в зоне вакуума, осадок прилипает к поверхности фильтрующей ткани. Когда же при дальнейшем вращении секторы выходят из сферы погружения, но продолжают оставаться в зоне вакуума, налипший на ткань осадок обезвоживается; обезвоживание продолжается до момента приближения сектора к съемному ролику или ножу. Сектор в это время находится в зоне повышенного давления, под которым осадок разрыхляется, благодаря чему съем его с барабана облегчается. Отсосанная вода (фугат) перекачивается центробежным насосом в начало очистных сооружений или в ило-лоуилотнители.
Осадок или смесь осадка с активным илом перед вакуум-фильтром подвергается предварительной обработке (рис. 2): промывается технической водой из расчета 2—4 м3 воды на 1 м3 осадка в течение 15—20 мин и продувается воздухом, который подается в объеме 0,5 м3 на 1 м3 смеси осадка и воды. Затем эта смесь направляется в уплотнители, где в течение 12—24 ч уплотняется осадок и отделяется вода. Сливная вода, содержащая 1—1,5 г/л взвешенных веществ и имеющая БПК.2о = 600—900 мг/л, направляется на очистные сооружения.
Из уплотнителя осадок влажностью 94—96% удаляется плунжерными насосами. Перед подачей на вакуум-фильтр осадок подвергается коагулированию. В качестве реагентов обычно применяют хлорное железо или сернокислое окисное железо и негашеную известь в виде 10%-ного раствора. Средняя доза железа составляет 4—6% массы сухого вещества осадка, а извести—10— 15%. Наилучший материал, обеспечивающий высокую производительность вакуум-фильтров, — хлорвиниловая ткань. Влажность фильтрованного осадка в среднем 78,5—80%.
Получил распространение способ механического обезвоживания сырого осадка, при котором исключается его сбраживание в метантенках. Этот способ целесообразно применять при ограниченной территории очистных сооружений. Сырой осадок из первичных отстойников подается насосами в резервуар — регулятор расхода осадка, откуда в смеси с химическими реагентами поступает на вакуум-фильтр. При обезвоживании сырого осадка быстро заиливается фильтровальная ткань, фильтрующая способность которой зачастую не поддается восстановлению даже после промывки. Поэтому вакуум-фильтры должны иметь более эффективные приспособления для восстановления фильтрующей способности ткани. Принципиальная схема такого вакуум-фильтра с непрерывной регенерацией фильтровальной ткани приведена на рис. 3. Фильтровальная ткань при вращении барабана, находящегося в корыте, сходит на систему роликов. При прохождении ее через разгрузочный ролик кек отделяется от ткани и снимается ножом. При этом происходит отдувка кека и очистка ткани сжатым воздухом, подаваемым в ролик. При движении от ролика к натяжному и возвратному роликам ткань промывается с обеих сторон водой, поступающей иод давлением из насадок. Промывочная вода собирается желобом и отводится по трубе. Распределительная головка служит для создания в секторах барабана поочередно вакуума и избыточного давления.
Обезвоженный осадок имеет влажность 70—80%. Для уничтожения яиц гельминтов его необходимо подогревать до температуры 60°С или обрабатывать термически. Комплекс расчетов при проектировании установок вакуум-фильтрации включает расчет сооружений по промывке и уплотнению осадка, расчет реагентного хозяйства, определение числа вакуум-фильтров.
Вакуум-фильтры изготовляются серийно Уральским (Свердловск) и Пензенским заводами химического машиностроения.
Методу вакуум-фильтрации присущ и ряд недостатков: сложность подготовки осадка к обезвоживанию, большой расход реагентов, коррозия трубопроводов и оборудования,
В ряде стран (Англия, Швейцария, ФРГ) применяется тепловая обработка осадка перед обезвоживанием. Сущность метода состоит в прогревании осадков при температуре 140—200 °С. Схема тепловой обработки осадка представлена на рис. 4. Осадок после нагревания в теплообменнике подается в реактор, где прогревается в течение определенного времени. Обработанный осадок возвращается в теплообменник и отдает часть своего тепла. После отстаивания в уплотнителе осадок обезвоживается на вакуум-фильтре.
В МИСИ им. В. В. Куйбышева проведены исследования метода тепловой обработки. Установлено, что температурный режим и продолжительность обработки зависят от характера обрабатываемого осадка. В частности, для уплотненного активного ила необходимо прогревание его при температуре 185—195 °С в течение 60 — 75 мин. Обработанный осадок хорошо уплотняется и отдает воду.
Реакторы для тепловой обработки выполняются в виде вертикальных колонн. В верхней части колонны имеется свободное пространство, где накапливается парогазовая смесь (водяной пар и продукты распада органического вещества осадков), которую периодически удаляют в сепаратор для дезодорации. Осадок подается в реактор непрерывно, а удаляется периодически через редуцирующие устройства.
Одним из существенных достоинств этого метода является полная стерильность обработанного осадка. При обезвоживании такого осадка на вакуум-фильтре образуется кек влажностью 55—70%. что позволяет исключить термическую сушку осадка. К недостаткам метода относятся сложность конструкции реактора и высокая концентрация органических веществ в иловой воде, которую необходимо направлять на биологическую очистку. Значительное упрощение схемы обработки осадков (исключение метантенков, отказ от промывки и реагент-ной обработки осадка) делает этот метод весьма перспективным.
Линия по тепловой обработке осадков работает на Люберецкой станции аэрации (Москва). В производственных условиях проведены опыты по обезвоживанию осадков городских сточных вод в непрерывно действующих осадительных горизонтальных центрифугах со шне-ковой выгрузкой обезвоженного осадка. Применение центрифуг рекомендуется для станций пропускной способностью до 100 000 м3/сут. Влажность обезвоженного осадка составляет 65—75%- Фугат (отделившаяся вода) содержит много взвешенных частиц и имеет высокую ВПК, поэтому направляется на очистные сооружения. Если по условиям транспортирования и хранения осадка необходима дальнейшая сушка его до влажности 20—25%, то его подвергают термической обработке.
Схема устройства центрифуги показана на рис. 5. Основными элементами ее являются конический ротор со сплошными стенками и полый шнек. Ротор и шнек вращаются в одну сторону, но с разными частотами. Под действием центробежной силы частички твердой фазы отбрасываются к стенкам ротора и вследствие разности частоты вращения ротора и шнека перемещаются к отверстию в роторе, через которое обезвоженный осадок попадает в бункер кека. Образовавшаяся в результате осаждения твердых частиц жидкая фаза (фугат) отводится через отверстия, расположенные с противоположной стороны ротора.
Перед подачей на центрифуги осадок необходимо направлять на напорные гидроциклоны для выделения песка, а для центрифуг с диаметром ротора менее 500 мм осадок необходимо еще пропускать через решетки-дробилки. Если перед подачей на центрифуги в осадок добавляют высокомолекулярные флокулянты катионного типа дозой 2—7 кг/т сухого вещества, то эффективность задержания повышается до 90—95%. Серийно выпускаемые центрифуги имеют пропускную способность по исходному осадку 4—35 м3/ч.
Для обезвоживания осадка применяют также отечественные фильтр-прессы типа ФПАКМ (рис. 6). Фильтр состоит из нескольких фильтровальных плит и фильтрующей ткани, протянутой между ними с помощью направляющих роликов. Поддерживающие плиты связаны между собой четырьмя вертикальными опорами, воспринимающими нагрузку от давления внутри фильтровальных плит. В натянутом состоянии ткань поддерживается с помощью гидравлических устройств. Цикл работы фильтр-пресса включает следующие операции: сборку фильтра, загрузку осадком, отжим, просушку, раскрытие фильтра, выгрузку обезвоженного осадка. Обезвоженный на фильтр-прессах осадок городских сточных вод (если в него предварительно введены химические реагенты) имеет влажность 42—56%.
Фильтры ФПАКМ выпускаются с площадью поверхности фильтрования 2,5—50 м2. Пропускная способность фильтров при обезвоживании осадков городских сточных вод 7—16 кг/(м2-ч).
Существуют различные приемы термической обработки осадка. Наиболее рациональный метод — сушка осадка в барабанных пневматических или вальцовых сушилках. На рис. 7 показана сушилка барабанного типа: сушильный агрегат состоит из топки, сушильной камеры и вентиляционного устройства. Со стороны входа находится загрузочная камера, а со стороны выхода— разгрузочная камера. Топка расположена со стороны входа в сушильную камеру. Для отсоса отработавших газов устанавливают вентилятор. Барабан расположен на катках и имеет привод, от которого осуществляется его вращение.
Температура топочных газов должна поддерживаться в пределах 500—800 °С. Осадок перед его загрузкой в барабан требует некоторой обработки. Так, влажность поступающего в барабан осадка должна быть не более 50%, иначе он будет прилипать к поверхности барабана. Для снижения влажности осадка с 75 до 50% к нему необходимо добавлять ранее высушенный осадок с влажностью 20%.
Осадок перемешивается в барабане благодаря движению топочных газов и вращению барабана. Частота вращения барабана 1,5—8 об/мин. Для распределения осадка по сечению барабана внутри расположены насадки. Для измельчения и перемешивания осадка внутри барабана дополнительно свободно подвешены корабельные цепи. После сушки в барабанной сушилке осадок не загнивает, не содержит гельминтов и патогенных микроорганизмов, имеет влажность 10—40%.
Пневматическая сушилка представляет собой вертикальную трубу-шахту, через которую непрерывным потоком нагнетаются горячие дымовые газы со скоростью 7—10 м/с. Шахта помещается над мельницей-дробилкой, в которой дробится осадок до порошкообразного состояния. Порошок подхватывается током горячих газов и уносится в трубу, где происходит тесный контакт между частицами осадка и горячими газами. После дробления осадка суммарная поверхность частиц становится большой, вследствие чего сушка осадка происходит мгновенно. Вместе с газом уносится испарившаяся влага.
Широко применяют сушилки с кипящим слоем. Если через слой инертного материала (щебень, песок), находящегося в сушилке, пропустить снизу вверх поток га-за-теплоносителя с определенной скоростью, то этот слой переходит во взвешенное состояние, напоминающее кипящую жидкость. Такой слой называется кипящим. Схема такой сушилки представлена на рис. 8. Инертный материал загружается на газораспределительную опорную решетку, через которую в сушилку подается газ-теплоноситель. Частички инертного материала переходят во взвешенное состояние. Активный ил, подвергающийся сушке, с помощью форсунки вводится в слой инертного материала и, попадая на поверхность его частиц, быстро высушивается. Вместе с потоком отработавшего теплоносителя высушенный продукт выносится из сушилки в циклон, где происходит их разделение.
Все большее распространение находят сушилки со встречными струями (рис. 9), предназначенные для сушки осадков, обезвоженных на центрифугах или ваку-ум-фильтрах. Осадок подается ленточным транспортером и шнековыми питателями в сушильную камеру в виде горизонтальных разгонных труб, соединяющихся с вертикальным стояком. Сухой гранулированный осадок выгружается из аэрофонтанного аппарата. Часть высушенного осадка (ретур) возвращается из аппарата и смешивается с подаваемым на сушку осадком в питателе. Сушилки со встречными струями имеют производительность по испаряемой влаге 0,7—3 т/ч.
В США, ФРГ и Японии для сжигания осадков применяют многоподовые печи (рис. 10). Корпус печи выполнен в виде стального цилиндра диаметром 1—7 м, внутренняя поверхность которого футерована огнеупорным материалом. Печь имеет 4—11 огнеупорных подов. К вертикальному вращающемуся валу над каждым подом прикреплены радиальные скребковые мешалки. Осадок подается на верхний под, перемешивается мешалками, сдвигается ими к центральному отверстию пода и попадает на нижележащий под. Поэтому поду осадок перемещается в противоположном направлении. На следующий под осадок попадает через кольцевое отверстие, расположенное на периферии пода. В средней зоне печи осадок сгорает. Температура в этой зоне достигает 770— 925 °С. Воздух нагнетается воздуходувкой через вал. По рециркуляционному трубопроводу нагретый до 200 °С воздух возвращается в зону сгорания. На нижних подах зола охлаждается и выгружается в зольный бункер.
На станциях биологической очистки сточных вод пропускной способностью до 50 тыс. м3/сут сырой осадок, активный ил или их смесь подвергают вакуум-сушке. Ва-куум-сушка осадков проводится в вакуум-сушилках греб-кового типа водяным паром с температурой 150 °С, подаваемым в обогревающие рубашки вакуум-сушилок.
С целью обеспечения соответствующего санитарного состояния осадков для дальнейшего их использования, например в качестве удобрения, необходимо проводить дегельминтизацию как исходных, так и механически обезвоженных осадков сточных вод путем введения в них острого пара. При этом осадок нагревается до температуры 60—65 °С. Применяют пастеризацию осадков в теплообменниках.
Для дегельминтизации механически обезвоженных осадков используют установки, разработанные АКХ им. К. Д. Памфилова (рис. 11), которые состоят из пластинчатого транспортера с установленными над ним газовыми горелками инфракрасного излучения. Осадок подается в приемный бункер, где с помощью роликов направляется на движущуюся ленту транспортера слоем 10—25 мм. Осадок прогревается горелками инфракрасного излучения до температуры 60°С. Такие установки для обеззараживания осадков рекомендуется применять на станциях пропускной способностью до 20—30 тыс. м3/сут сточных вод.
Если сброженный или сырой осадок до обезвоживания необходимо передавать на довольно большое расстояние от очистной станции, то его перекачивают по напорным трубопроводам. Этот способ транспортирования жидкого осадка наиболее дешевый и гигиеничный.
Осадки сточных вод, как и некоторые другие массы (торфяная и гидромасса, меловые суспензии, угольная гидромасса, строительные растворы и т. п.) относятся к структурным или пластичным телам. Они занимают промежуточное положение между вязким и упругим телом. При малых скоростях движения осадков сточных вод в трубах потери напора значительно превышают потери напора при движении однородных жидкостей, при больших скоростях эти потери близки по величине. Для оценки характера и закономерностей движения вязкопла-стичных жидкостей, таких как глинистые растворы, меловые суспензии, торфяная гидромасса, осадки сточных вод и др., пользуются критериями подобия.
Очистка сточных вод - Механическое обезвоживание и термическая сушка осадков
Остались вопросы по теме - "Механическое обезвоживание и термическая сушка осадков", задайте их на