аэротенки; 2 — вторичные отстойники; 3 — илоуплотнитель; 4 — стабилизаторы

Стабилизацию можно проводить по двум схемам (рис. II-84). В схеме a в стабилизатор подают уплотненный избыточный активный ил, а стабилизированный осадок поступает на последующую обработку. В схеме б в стабилизатор подают избыточные ил из вторичных отстойников. Из стабилизатора осадок поступает в уплотнитель. Часть осадка возвращают в стабилизатор.

Продолжительность стабилизации неуплотненного избыточного активного ила 7—10 сут; удельный расход воздуха 1 м3/(м3* ч). Для смеси сырого осадка ила продолжительность стабилизации 10—12 сут, а удельный расход воздуха 1, 2— 1, 5 м3/(м3* ч).

Кондиционирование осадков. Этот процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией проводят для снижения удельного сопротивления и улучшения водоотдающих свойств осадков вследствие изменения их структуры и форм связи воды. От условий кондиционирования зависит производительность аппаратов обезвоживания, чистота отделяемой воды и влажность обезвоженных осадков. Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами.

При реагентной обработке осадка происходит коагуляция — процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц. Образование при этом крупных хлопьев с разрывом сольвентных оболочек и изменением форм связи воды способствует изменению структуры осадка и улучшению его водоотдающих свойств. В качестве коагулянтов используют соли железа, алюминия [FeSO4, Fe2(SO4)3, FeCl3, Al2(SO4)3] и известь. Эти соли вводят в осадок в виде 10%-х растворов. Могут быть также использованы отходы, содержащие FeCl3, Al2(SO4)3и др. Наиболее эффективным является применение хлорного железа совместно с известью. Доза хлорного железа составляет 5—8%, извести 15—30% (от массы сухого вещества осадка). Недостатком реагентной обработки является высокая стоимость, повышенная коррозия материалов, сложность транспортирования, хранения и дозирования реагентов.

Осадки, сброженные в термофильных условиях, имеют более высокое удельное сопротивление, при их обезвоживании требуются повышенные дозы коагулянтов, так как при сбраживании растет щелочность осадка. Для снижения щелочности осадка и уменьшения расхода коагулянтов осадки предварительно промывают водой в специальной аэрируемой камере.

Вместо коагулянтов можно использовать и флокулянты. Для осадков с высоким содержанием органических веществ (зольность 25—50%) целесообразно использовать только катионные флокулянты; для осадков с зольностью 55—65% следует комбинировать катионные и анионные флокулянты; для осадков с зольностью 65—70% рекомендуют анионные флокулянты.

На практике широко используют полиакриламид. В осадок флокулянты вводят в виде растворов концентрацией 0, 01—0, 5% по активной части. Доза флокулянта при обезвоживании осадков фильтрованием 0, 2—1, 5%, при центрифугировании 0, 15— 0, 4% (на сухое вещество). Расход флокулянтов значительно меньше, поэтому стоимость обработки сокращается примерно на 1/3(30%).

К безреагентным методам обработки относятся тепловая обработка, замораживание с последующим отстаиванием, жидкофазное окисление, электрокоагуляция и радиационное облучение.

Рис. II-85. Схема установки тепловой обработки осадка:

1 —резервуар; 2, 7— насосы; 3 —теплообменник; 4— реактор; 5 —устройство для снижения давления; б — уплотнитель; 8, 9 — аппараты механического обезвоживания

Тепловая обработка. Один из способов — нагревание осадка в автоклавах до 170—200 °С в течение 1 ч. За это время разрушается коллоидная структура осадка, часть его переходит в раствор, а остальная часть хорошо уплотняется и фильтруется. Степень распада органического вещества зависит от вида осадка и температуры. На рис. II-85 показана схема тепловой обработки осадка.

Осадок из резервуара-накопителя под давлением подают в теплообменник, где он нагревается осадком, прошедшим тепловую обработку в реакторе. После охлаждения в теплообменнике и снижения давления осадок поступает в илоуплотнитель, а затем на обезвоживание. Нагревание осадка производят «острым» паром. Удельный расход пара составляет 120—140 кг на 1 м3 осадка. Уплотняют осадок в радиальных уплотнителях в течение 2—4 ч. Влажность уплотненных осадков 93—94%. Обезвоживание производят на вакуум-фильтрах и фильтр-прессах.

Достоинства метода: осуществление в реакторе кондиционирования, стерилизации; компактность установки. Недостаток — сложность эксплуатации установки.

Метод замораживания и оттаивания имеет ограниченное применение. Сущность его заключается в том, что при замораживании часть связанной влаги переходит в свободную, происходит коагуляция твердых частиц осадка и снижается удельное сопротивление осадка. При оттаивании осадки образуют зернистую структуру, их влагоотдача повышается. Замораживание проводят при температуре от —5 до —10 °С в течение 50—20 мин.

Рис. II-86. Схемы установок для замораживания и оттаивания осадка:

а—с аммиачной холодильной машиной трубчатого типа: 1 — резервуары для замораживания; 2 — насос; 3 — вакуумный отделитель; 4 — компрессор; 5 — маслоотделитель; 6 — промежуточный теплообменник; 7 — резервуар для оттаивания;

6 — барабанного типа: 1 — трубопровод; 2 — поддон; 3 — регулирующий нож; 4 — барабан-испаритель; 5—нож; 6 — решетка-конденсатор: 7 — регулирующий вентиль; 8, 10, 11 — трубопроводы холодильного агента; 9 — ороситель; 12 — компрессор; 13 — емкость

Рис. II-87. Схема установки жидкофазного окисления осадка:

1—резервуар: 2 — насос; 3, 4 — теплообменники: 5 — реактор; 6 — сепаратор;

7 — компрессор

Для замораживания используют аммиачные холодильные машины. На рис. II-86, а показана схема установки для замораживания и оттаивания осадка.

В резервуары с осадком подают жидкий аммиак, который, испаряясь в трубах, замораживает осадок. Пары аммиака поступают в компрессор, сжимаются и проходят теплообменник, где пары конденсируются с выделением тепла. В резервуаре происходит оттаивание осадка. Далее жидкий аммиак через вакуум-отделитель возвращают на охлаждение осадка.

Установка барабанного типа для замораживания и оттаивания осадка представлена на рис. II-86, б. Замораживание идет на поверхности вращающегося барабана, который погружен в поддон с осадком. Толщину слоя намораживаемого осадка регулируют ножом. Замороженный осадок снимают этим ножом и подают на решетку конденсатора, где он оттаивает и через отверстия попадает в емкость. Холодильный агент циркулирует по трубопроводам. В период пуска установки решетку дополнительно охлаждают водой из оросителя. После оттаивания осадок уплотняют, а затем подсушивают.

Жидкофазное окисление. Сущность метода заключается в окислении органической части осадка кислородом воздуха при высокой температуре и высоком давлении. Схема установки жидкофазного окисления осадка приведена на рис. II-87.

В приемном резервуаре смесь сырого осадка и активного ила нагревают до 45—50 °С. Затем осадок через теплообменник поступает в реактор. Из реактора смесь продуктов окисления, воздуха и золы направляют через теплообменник, где она отдает тепло, в сепаратор, из которого осадок через теплообменник возвращается в приемный резервуар, а затем поступает на уплотнение и обезвоживание. При обработке осадка влажностью 96% выделяемого тепла достаточно для поддержания заданного режима. Выделяющиеся в сепараторе газы используют в турбогенераторе.

Обезвоживание осадков. Осадки обезвоживают на иловых площадках и механическим способом.

Иловые площадки—это участки земли (корты), со всех сторон окруженные земляными валами. Если почва хорошо фильтрует воду и грунтовые воды находятся на большой глубине, иловые площадки устраивают на естественных грунтах. При залегании грунтовых вод на глубине до 1, 5 м фильтрат отводят через специальный дренаж из труб, а иногда делают искусственное основание. Рабочая глубина площадок— 0, 7—1 м. Площадь иловых площадок зависит от количества и структуры осадка, характера грунта и климатических условий. Иловую воду после уплотнения направляют на очистные сооружения.

В районах с теплым климатом для очистных сооружений производительностью более 10000 м3/сут могут быть оборудованы площадки с поверхностным удалением воды. Они представляют собой каскад из 4—8 площадок.

Иловые площадки-уплотнители сооружают глубиной до 2 м с водонепроницаемыми стенами и дном. Принцип действия их основан на расслоении осадка при отстаивании. При этом жидкость периодически отводят с разных глубин над слоем осадка, а осадок удаляют специальными машинами.

Механическое обезвоживание осадков проводят на вакуум-фильтрах (барабанных, дисковых, ленточных), листовых фильтрах, фильтр-прессах, центрифугах и виброфильтрах.

На вакуум-фильтрах из осадков может быть удалено в среднем 80%, на дисковых—90%, а на фильтр-прессах—98% общего количества механически связанной воды. Производительность вакуум-фильтров наиболее высокая. Выбор конструкции фильтра зависит от технико-экономических показателей процесса.

Для эффективного обезвоживания осадков их предварительно обрабатывают химическими реагентами (CaO, FeCl3). Дозу реагента определяют экспериментально в зависимости от удельного сопротивления осадка: чем оно выше, тем больше реагента требуется для снижения удельного сопротивления осадка. При обезвоживании на вакуум-фильтрах доза извести (в % массы сухого вещества осадка) определяют по формуле

(II.241)

где R — приведенное значение сопротивления осадка, см/г (R=r* 10 -10), т— удельное сопротивление осадка, см/г; В — влажность осадка, %; с — концентрация сухого вещества осадка, %; Щ—щелочность осадка до коагулирования, мг/л.

Рис. II-88. Схема установки для обезвоживания осадка на барабанных фильтрах:

I — емкость; 2, 6 — насосы; 3 — дозатор; 4 — вакуум-фильтр; В — ресивер;

7 — вакуум-насос; 8 — воздуходувка;

9 — гидравлический эатвор

Доза FeCl3составляет 30—40% от дозы CaO, вычисленной по формуле.

Установки механического обезвоживания осадков кроме основных аппаратов включают вспомогательное оборудование для подготовки осадков к обезвоживанию и транспортированию. На рис. 11-88 представлена установка для обезвоживания осадка на барабанных фильтрах.

Осадок из резервуара насосом через дозатор подают на фильтр, куда поступают и реагенты. На поверхности вращающегося барабана образуется уплотненный осадок, который удаляется сжатым воздухом. Фильтрат поступает в ресивер, где происходит разделение воздуха и фильтрата. Фильтрат, содержащий осадка от 50 до 1000 мг/л, смешивают с исходными сточными водами и подвергают совместной очистке.

Регенерацию ткани фильтра проводят сжатым воздухом. Установки обезвоживания с фильтрами других конструкций принципиально не отличаются от рассмотренного.

Обезвоживающие установки с центрифугами. Достоинствами установки центрифугирования являются простота, экономичность, низкая влажность обезвоженных осадков, легкость управления. Для обезвоживания используют в основном шнековые центрифуги, производительность которых при обработке осадков из первичных отстойников составляет 8—30 м3/ч, а сброженных осадков 12—40 м3/ч. Удельный расход энергии составляет 2, 5—3, 3 кВт*ч на 1 м3обрабатываемого осадка. Влажность обезвоженного осадка зависит от зольности активного ила. Например, при зольности сырого активного ила 28—35% влажность обезвоженного осадка составляет 70—80%, при зольности 38—42% — 44—47%, а зольности 65— 75% соответствует влажность 50—70%.

Для обезвоживания осадков рекомендуют следующие технологические схемы: 1) раздельного центрифугирования сырого осадка первичных отстойников и активного ила; 2) центрифугирования осадков первичных отстойников с последующим аэробным сбраживанием фугата (рис. II-89).

Рис. II-89. Схемы установок обезвоживания осадков с применением центрифуг:

а—с раздельным центрифугированием осадков из первичного и вторичного отстойников; б — с центрифугированием осадков первичных отстойников и последующим аэробным сбраживанием фугата; 1—первичные отстойники; 2— аэротенки; 3— вторичные отстойники; 4— центрифуги; 5 — минерализатор; 6— уплотнитель

По первой схеме фугат сырого осадка направляют в первичные отстойники, а фугат активного ила используют в качестве возвратного ила в аэ-ротенках. По этой схеме из состава очистных сооружений исключаются илоуплотнители. Время отстаивания в первичных отстойниках увеличивается до 4—4, 5 ч. На центрифугу подают весь активный ил или его часть.

По второй схеме производят центрифугирование осадка первичных отстойников с последующим аэробным сбраживанием фугата в смеси с избытком неуплотненного активного ила. Продолжительность сбраживания в минерализаторе 6--8 сут, а время уплотнения 6—8 ч. Влажность уплотненного осадка — 97, 5%.

Предусмотрено и центрифугирование уплотненной сброженной смеси. Имеется также схема с центрифугированием сброженного осадка с подачей фугата на иловые площадки.

Подбор центрифуг производят, исходя из пропускной способности по исходному осадку Писх. Пропускная способность центрифуг по обезвоженному осадку рассчитывается по формуле

П_к=10П_исх[(100-w_исх)r_осh/(100-w_к), (II.242)

где wисхи w k— влажность соответственно исходного и обезвоженного осадка, %; r_ос—плотность осадка, г/м3; h— эффективность задерживания сухого вещества, %.

Для обезвоживания осадков рекомендуют использовать и сепараторы, которые обеспечивают сгущение неуплотненного избыточного активного ила концентрацией 3, 9—4, 3 кг/м3до концентрации 54, 7—71, 8 кг/м3.

Термические методы обработки осадков. Сушку осадков производят в случае их подготовки к рекуперации. Для сушки применяют конвективные сушилки: барабанные, со встречными струями, с кипящим слоем, распылительные. В качестве сушильного агента используют топочные газы, перегретый пар или горячий воздух. Наиболее часто применяют дымовые газы при 500—800 °С. Широкое распространение для термической сушки обезвоженных осадков сточных вод получили барабанные сушилки (рис. 11-90, а).

Рис. II-90. Схемы узлов сушки осадков:

а—с барабанной сушилкой: 1 — топка; 2 — загрузочная труба; 3 — сушильный барабан;

4 — разгрузочная камера; 5 — батарейный циклон; 6 — дымосос; 7 — скруббер; 8 — транспортер сухого осадка;

Б—с распылительной сушилкой: 1—топка; 2—сушилка; 3—батарейный циклон: 4— вентилятор; 5 — циклон; 6 — бункер готового продукта; 7 — пневмопровод; в—с сушилкой со встречными струями: 1— ленточный транспортер; 2—приемная камера; 3— шнековый питатель; 4 — сушильная камера с разгонными трубами; 5 — камеры сгорания; 6 — вертикальный стояк; 7 — трубопровод для ретура; 8 — шлюзовые затворы; Я — сепаратор; 10 — скруббер

Сушильный барабан диаметром 1—3, 5 м и длиной 6—27 м устанавливают под углом 3—40°. Барабан вращается со скоростью 1, 5—8 об/мин. Для равномерного распределения осадка внутри барабана устанавливают насадки. Высушенный материал удаляют транспортером. Отходящие газы после очистки в циклоне и скруббере выбрасывают в атмосферу.

Влажность осадков до сушки 80%, после сушки 30—35%. Производительность сушилок по влаге от 0, 3 до 15 т/ч. Удельный расход тепла 4600— 5000 кДж на 1 кг испаряемой влаги.

Основными недостатками барабанных сушилок являются их громоздкость, большая металлоемкость и высокие капитальные и эксплуатационные затраты. В последнее время начали использовать сушилки со встречными струями (рис. II-90, 6).

Обезвоженный осадок транспортером подают в приемную камеру, туда же возвращают часть высушенного осадка. Смесь шнековыми питателями равномерно распределяют в разгонные трубы, куда с большой скоростью- (100—400 м/с) поступают горячие газы, выходящие из сопел камер сгорания. Осадок захватывается потоком газа и выбрасывается в сушильную камеру. В сушильной камере оба потока сталкиваются, в результате происходит измельчение частиц осадка, увеличение суммарной поверхности тепло- и массообмена, что обеспечивает интенсивную сушку осадка. Из сушильной камеры газовая взвесь попадает в сепаратор, где происходят доосушка осадка и одновременно разделение газовой взвеси. Осадок удаляют в бункер готовой продукции, а газ очищают в скруббере.

Производительность сушилок по испаряемой влаге составляет 3—5 т/ч. Удельный расход тепла примерно равен 3, 8 ГДж на 1 кг испаряемой влаги. Влажность осадка, поступающего в сушильную камеру, 60—65%, а высушенного осадка—30—35%.

Распылительные сушилки (рис. II-90, в) применяют для сушки очень влажных осадков.

Предварительно высушенный активный ил концентрацией 50—80 г/л. подают в верхнюю часть сушялки, куда из топки поступают газы при 350 °С. Сушка осадка происходит с большой скоростью до влажности 8—10%. Газы очищают в батарейном циклоне.

Высушенный ил по пневмопроводу через циклон поступает в бункер. Производительность сушилок от 2 до 15 т/ч по испаряемой влаге.

С ж и г а н и е. Сжигание осадков производят в тех случаях, когда их утилизация невозможна или нецелесообразна, а также если отсутствуют условия для их складирования. При сжигании объем осадков уменьшается в 80—100 раз. Дымовые газы содержат CO2, пары воды и другие компоненты. Перед сжиганием надо стремиться к уменьшению влажности осадка. Теплотворная способность осадков разная. Активный ил имеет теплоту сгорания 15—19 МДж на 1 кг сухого вещества. Необходимо учитывать также токсичность осадков.

Процесс сжигания осадков можно разделить на следующие стадии: нагревание, сушка, отгонка летучих веществ, сжигание горючей органической части и прокаливание для выгорания остатков углерода. На нагревание осадка, а затем его сушку расходуется основное количество тепла и основное время. Осадки сжигают в печах кипящего слоя, многоподовых, барабанных, циклонных и распылительных печах.

Печь кипящего слоя представляет собой футерованный цилиндр с воздухораспределительной решеткой. На решетку насыпают слой песка толщиной 0, 8—1 м (размер частиц 0, 6—2, 5 мм). Псевдоожиженный слой образуется при продувании газов через распределительную решетку. Подаваемый в печь осадок интенсивно перемешивается с раскаленным песком и сгорает. Процесс горения длится не более 1—2 мин.

Многоподовые печи представляют собой футерованный цилиндр диаметром 6—8 м. Топочное пространство печи делится на 7—9 горизонтальных подов. В центре печи имеется вертикальный вращающийся полый вал, на котором радиально укреплены гребковые устройства. Осадок подают в верхнюю камеру печи, и он движется вниз через отверстия, имеющиеся в каждом поде. В верхних камерах осадок подсушивается, а в средних сгорает. Печи отличаются простотой обслуживания и устойчивостью работы при колебаниях количества и качества обрабатываемых осадков, небольшим уносом пыли.

Барабанные печи представляют собой вращающийся наклонный барабан с выносной топкой, где сжигают жидкое или газообразное топливо. Обезвоженный осадок загружают с противоположного от топки конца барабана и сжигают в зоне горения. Достоинством печей является небольшая запыленность отходящих газов, возможность сжигать осадки с большой зольностью и влажностью.

Рис. II-91. Схема установки для сжигания ила в кипящем слое:

I — печь; 2 — горелка; 3 ~ теплообменник; 4— воздуходувка; 5— циклон; 6 — абсорбер; 7 — дымосос; 8 — отстойник; 9 — насос; 10 — фильтр

Циклонные и распылительные печи применяют для сжигания в распыленном состоянии жидких или мелкодисперсных твердых осадков. Эти печи пока не получили широкого распространения.

Схема установки для сжигания ила в кипящем слое показана на рис. II-91. Ил подают в печь на слой песка, где он просушивается, истирается и сгорает при 590—780 °С. Дымовые газы поступают в теплообменник, где охлаждаются воздухом, подаваемым воздуходувкой из теплообменника. Нагретый воздух подают в печь для создания псевдоожиженного слоя и поддержания горения. Дымовые газы после теплообменника поступают в циклон, где отделяются твердые частицы, а затем — в поверхностный абсорбер, орошаемый водой. Очищенные газы выбрасывают в атмосферу. Вода из абсорбера поступает в отстойник, где отделяется зола. Осадок ее в виде пульпы направляют на вакуум-фильтр. Фильтрат и воду из отстойника возвращают в абсорбер. Полученную золу используют как минеральное удобрение или для изготовления строительных материалов.

Сравнительная характеристика работы печей для сжигания осадков дана в табл. 11, 15. Из таблицы следует, что наиболее производительными являются циклонные печи и печи с псевдоожиженным слоем.

Таблица II, 15. Сравнительная характеристика работы печей

Печь	Температура газов после сгорания, °С	Удельная нагрузка, кг/(м^3ч)	Коэффициент избытка воздуха	Унос золы, %	Расход на 1 кг испаряемой влаги
Тепла, МДж	Энергии, кВт*ч
Многоподовая	310-520	200-400	1,08-1,2	5-8	3,8-4,8	0,03-0,04
Барабанная	650-1000	10-80	1,1-1,6	8-10	4-4,8	0,03-0,04
Расвылительная	650-860	80-100	1,1-1,8	-	-	-
Циклонная		600-850	1,04-1,6	-	-	-
С кивящим слоем	600-850	300-800	1,04-13	80-100	4-4,6	0,04-0,05

Недостатки печей:

1) многоподовых—низкие удельные тепловые нагрузки, наличие вращающихся элементов в зоне высоких температур, высокие капитальные и эксплуатационные затраты;

2) барабанных—низкая удельная тепловая и массовая нагрузки топочного объема, разрушение футеровки в процессе работы, высокие капитальные и эксплуатационные

затраты;

3) распылительных—низкая производительность, сложность в эксплуатации, высокие капитальные затраты,

4) циклонных—необходимость установки мощных пылеулавливающих устройств и оборудования для выгрузки шлака;

5) с псевдоожиженным слоем—неравномерность распределения частиц в слое, необходимость пылеулавливания.

Дата добавления: 2015-08-03