Выбор системы для механической и термической обработки осадков сточных вод

Принимая во внимание актуальность вопросов обработки и утилизации осадков сточных вод, мы рассмотрим лучшие доступные технологии для этих задач с упором на минимальные издержки на утилизацию обработанных продуктов или их превращение во вторичные источники энергии.

Оборудование, используемое для обезвоживания осадков сточных вод, не является универсальным. Важно учитывать как капитальные затраты, так и особенности и стоимость эксплуатации. Параметры, такие как своевременное обслуживание и наличие квалифицированного персонала, играют важную роль, аналогичную продолжительности эксплуатации, производительности установки и ее стоимости.

Способность осадка сточных вод к обезвоживанию зависит не только от его типа (активного, сырого, избыточного и т. д.), но и от распределения воды, а также от структуры и состава твердых частиц. С учетом высокого начального содержания воды, стоимость утилизации может составлять от 40 до 50 % капитальных затрат на эксплуатацию предприятия по очистке воды.

В осадке содержится от 90 до 99 % жидкости, состоящей из свободной воды (60–70 %), коллоидно-связанной (20–30 % в составе флокул), гигроскопической (4–10 %, капиллярной) и химически связанной в составе твердых частиц (0,5 %). Обезвоживание осадка может быть достигнуто путем простой фильтрации или отжима для удаления свободной воды, а также частичной конвертации коллоидно-связанной воды в свободную при помощи коагуляции, флокуляции или термической обработки. Гигроскопическая вода удаляется только при сжигании осадка.

Ранее использовались иловые карты для обезвоживания осадков сточных вод, что требовало больших территорий и могло привести к вторичному загрязнению окружающей среды. Однако, развитие технологий, основанных на механических методах и применении реагентов, позволяет уменьшить площадь исользования таких карт и увеличить эффективность процесса.

В настоящее время содержание сухих твердых веществ после механического обезвоживания сточных вод может составлять от 15 до 35 % (от 85 до 65 % воды), даже если оборудование и реагенты выбраны верно. Максимальная эффективность механического обезвоживания зависит от типа оборудования и параметров процесса.

Выбор оборудования для обезвоживания

Аппарат для каждого случая должен выбираться согласно требованиям заказчика. Технологически системы можно раз­личать по типу организации воздействия на осадок: ленточ­ные фильтр-прессы, центрифуги и камерные фильтр-прессы.

СРАВНЕНИЕ АППАРАТОВ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКА

Примечание. Расчеты проведены на примере активного ила (расход – 50 м3/ч, содержание сухого ве­щества – 1 500 кг/ч, органическое сухое вещество приблизительно 67 %, 8 300 ч эксплуатации в год).

Силовые параметры и методики расчета производительности определены по монографии Пугачёва Е. А. «Процессы и аппараты обработки осадков сточных вод». Полученные данные проверены на очист­ных сооружениях водоканалов Москвы и Екатеринбурга.

Преимущество ленточного пресса заключается в его низких инвестиционных затратах и применимости при небольшой производительности. Однако из-за его меньшей производительности могут потребоваться несколько технологических линий, и высокая остаточная влажность осадка является еще одним недостатком. В последние годы все чаще применяются декантирующие центрифуги, которые обладают преимуществами полной автоматизации и непрерывности процесса, но требуют больших затрат энергии и реагентов, а также высококвалифицированного обслуживающего персонала.

В связи с этим на практике наибольшее распространение получили автоматические камерно-мембранные фильтр-прессы, которые позволяют снизить влажность осадка более чем на 10 % и уменьшить продолжительность цикла на 25 %. Недостатком этого оборудования является периодический режим работы, однако его преимущества, такие как большая площадь обезвоживания, высокое давление для оптимального содержания сухого вещества в осадке, возможность отмывки химикатов и низкий расход энергии и реагентов, перевешивают эти недостатки.

Однако постоянно возрастающие требования надзорных органов к утилизации осадков сточных вод создают потребность в технологиях, способных еще больше снизить влажность утилизируемого продукта. В этом контексте термическая обработка, такая как сушка уже обезвоженного осадка, представляется перспективным решением, поскольку она способствует уменьшению объема утилизируемого осадка, улучшению его транспортируемости и стабилизации микробиологической и гигиенической безопасности.

Выбор термического процесса в зависимости от качества осадка

Сушка осадка сточных вод обычно является процессом с высоким энергопотреблением. Для этого процесса могут использоваться различные энергоносители, такие как дымовые газы, воздух, пар, горячая вода или термомасло. Теоретическое энергопотребление для испарения 1 т воды при нормальном давлении составляет 627 кВт·ч, что включает в себя тепло, необходимое для нагрева воды до 100 °C, нагрев твердых веществ и потери на поверхности сушилки. В зависимости от метода обработки осадка применяют следующие типы сушилок: ленточные, барабанные и сушилки с кипящим слоем.

Выбор типа сушилки зависит от свойств обрабатываемого осадка и типа используемого энергоносителя. Ленточные сушилки имеют наиболее широкий спектр применения, но требуют соответствующего оборудования для подачи и распределения осушаемого продукта. Благодаря отсутствию механического воздействия на материал, ленточные сушилки мало подвержены влиянию физических свойств осадка.

Барабанные сушилки и сушилки с кипящим слоем позволяют компенсировать колебания содержания воды в осадке, если оснащены системой обратного смешивания с высушенным гранулятом. Это обеспечивает постоянную влажность смеси на входе в сушилку. При использовании сушки в кипящем слое, высушенный осадок подается непосредственно в псевдоожиженный слой через специальное загрузочное устройство.

При переработке разнообразных осадков ленточные и барабанные сушилки имеют преимущества перед сушкой в кипящем слое, так как гранулы на ленте или в барабане подвергаются меньшим механическим нагрузкам.

Возможные источники энергии и эксплуатационные требования

По сравнению с барабанными сушилками и сушками с кипящим слоем, ленточные сушилки обычно могут использоваться с более широким спектром источников энергии. Благодаря низкой рабочей температуре они могут использовать отработанное тепло в диапазоне 80–150 °C напрямую или как вторичный источник энергии. Барабанные сушилки, в свою очередь, требуют более высоких температур на входе (более 400 °C) и, следовательно, наиболее экономичны при использовании с прямым горением. Они часто работают на нефти, биогазе или природном газе, а также могут использовать отработанный газ от тепловых электростанций.

Сушилки с кипящим слоем, напротив, могут работать при более низких температурах и чаще всего требуют пара среднего давления или термальных масел в качестве теплоносителей. Они могут быть более удобны в использовании в промышленных системах, где имеется доступ к достаточному количеству пара среднего давления без дополнительных инвестиций в производство тепла.

Ленточные сушилки обычно применяются в меньших установках (до 8 т/ч испарения воды на линию), в то время как барабанные и сушилки с кипящим слоем могут быть эффективны при более высоких производственных объемах (до 12 т/ч испарения воды на линию).

В то время как ленточные сушилки могут иметь простое управление и способны работать с переменной нагрузкой, барабанные и сушилки с кипящим слоем часто требуют более стабильного потока сырья. Кроме того, все три системы могут работать как с косвенным, так и с прямым нагревом, используя различные газы в качестве источников тепла.

И, наконец, ленточные сушилки могут требовать большей площади для установки, которая может линейно увеличиваться с увеличением производственных масштабов, за исключением случаев, когда используются многоярусные системы. Однако при небольших объемах сырья или низкой начальной влажности материала площадь ленточных сушилок может быть сопоставима или даже меньше, чем у других типов сушилок.

Выбросы при сушке

При сушке осадков сточных вод образуются газовые потоки, которые содержат пылевые и газообразные загрязнения, а также имеют неприятный запах. Поэтому все сушильные системы должны быть оборудованы соответствующими системами очистки отработанного воздуха. Количество загрязнений зависит от состава осадка, температуры и других условий сушки. Поскольку все три типа систем выполняют относительно мягкую сушку, степень загрязненности отходящего газа для них примерно одинакова.

При сушке в непрямых системах количество отработанного воздуха очень мало, что позволяет его использовать в горелке в качестве воздуха для горения. Однако при системах с прямым нагревом, таких как ленточные и барабанные сушилки, количество отработанного воздуха увеличивается за счет дымовых газов, что требует более эффективной системы газоочистки.

В ленточной сушилке отработанный воздух, насыщенный влагой, может напрямую проходить через биофильтр, и нет необходимости использовать отдельный конденсатор паров, что исключает образование дополнительных сточных вод.

Возможно, вы искали: осадки сточных вод, очистные сооружения, обезвоживание сточных вод...