Термические методы кондиционирования осадков сточных вод

Термическому кондиционированию перед обезвоживанием подвергаются органические осадки городских и промышленных сточных вод, прошедших биологическую очистку. К методу термического кондиционирования относятся тепловая обработка, жидкофазное окисление, замораживание и оттаивание (последнее в основном для кондиционирования осадков водопроводных станций).

Тепловая обработка является одним из перспективных методов кондиционирования. Она применяется для кондиционирования осадков городских и промышленных сточных вод с зольностью 30-40 %. В технологических схемах, завершающихся стадией обезвоживания, ее преимущества, помимо подготовки осадков к обезвоживанию, состоят в обеспечении надежной стабилизации и полной стерилизации осадков.

Варианты этого метода, предназначенные для обработки органических осадков городских сточных вод, получили в последние годы широкое распространение за рубежом. В отечественной практике тепловая обработка осадка находится в стадии освоения и внедрения (Ново-Люберецкая станция аэрации Москвы).

Сущность метода тепловой обработки состоит в нагревании осадков до температуры 150-200°С и выдерживании их при этой температуре в закрытой емкости в течение 0,5—2 ч. В результате такой обработки происходит резкое изменение Структуры осадка, около 40 % сухого вещества переходит в раствор, а оставшаяся часть приобретает водоотдающие свойства. Осадок после тепловой обработки быстро уплотняется до влажности 92—94 %, и его объем составляет 20—30 % исходного.

Уплотненный осадок легко обезвоживается на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах. Причем производительность 1 м² этих аппаратов, как правило, выше, а влажность обезвоженного осадка ниже, чем при реагентной обработке. В среднем эти значения составляют соответственно 25—30 кг/ч (65— 70%) для вакуум-фильтров и 10-15 кг/ч (40-50 %) для фильтр-прессов. Отделенная на стадиях уплотнения и обезвоживания вода, вследствие распада органического вещества Осадка, содержит большое количество растворенных- веществ с химической потребностью кислорода (ХПК) около 10 кг на 1 м³. Эта вода обычно возвращается на аэрационные очистные сооружения, что вызывает необходимость увеличения их мощности на 10—15 %. При этом общая стоимость обработки осадка с учетом дополнительных затрат на очистку отделенной воды оказывается на 25—30 % ниже, чем стоимость обработки осадка по схеме "сбраживание —реагентная обработка --механическое обезвоживание".

Рис. 33. Технологическая схема тепловой обработки по методу Портеуса

1 - подача исходного осадка; 2 - резервуар-накопитель; 3 - насос высокого давления; 4 - теплообменник; 5 - подача пара; 6 - реактор; 7 - выпуск парогазовой смеси; 8 - устройство для снижения давления: 9 - уплотнитель; 10 - насос; 11 - обезвоживающий аппарат; 12 - отделенная вода (на очистку)

Впервые тепловая обработка была предложена в 1912-1914 гг. в Великобритании, однако тогда этот метод не получил распространения. Практическое внедрение его, относящееся к 1935 г., осуществил английский инженер Портеус, который получил несколько патентов и организовал специализированную фирму. Первые установки наибольшей производительности были построены в г.г. Лутон, Горсхем, Галифакс (Великобритания). Массовое внедрение обработки осадков началось в основном в 50—60 гг. и продолжается до настоящего времени.

Существуют различные схемы, т.е. различные конструктивные оформления процессов тепловой обработки (тепловая обработка с догревом осадка острым паром, схема с догревом осадка промежуточным теплоносителем и т.д). Принципиальная схема тепловой обработки по методу Портеуса представлена на рис. 33.

Тепловая обработка осуществляется в теплообменниках и реакторах. В теплообменниках происходит нагрев исходного осадка горячим осадком, прошедшим обработку. Применяются, как правило, многосекционные теплообменники типа "труба в трубе". Их устанавливают в большинстве случаев в закрытом помещении, однако существует несколько примеров расположения их на открытом воздухе. Минимальный диаметр внутренней трубы 80 мм, наружной — 150. Секции теплообменников расположены горизонтально, реже вертикально.

Общая длина труб теплообменников для установки производительностью 18—20 м³ /ч составляет около 320 м. Такая установка имеет примерно 90 поворотов на 180°. Время пребывания осадка в теплообменниках составляет 5—10 мин.

Рис. 34. Технологическая схема процесса жидкофазного окисления

1 - подача исходного осадка; 2 - приемный резервуар; 3 - питательный насос; 4 - насос высокого давления; 5, 6 - теплообменники; 7 - реактор; 8 - сепаратор; 9 - турбина; 10 - компрессор

Жидкофазное окисление (метод Циммермана) получило распространение за рубежом в последние 40 лет. Метод наиболее широко применяется в США. Его сущность заключается в окислении органической части осадка кислородом воздуха при высоких температуре и давлении. Эффективность процесса оценивается глубиной окисления органической части осадка (снижением ХПК осадка). Эта величина зависит в основном от температуры обработки. Для окисления на 50 % необходима температура около 200°С, на 70 % и более — 250--800°С. Две трети действующих в настоящее время установок работают при температуре 300°С и давлении 21 МПа (210 кгс/см²), одна треть — при температуре 100—200°С и давлении 1,8-2,4 МПа (18-24 кгс/см²).

Окисление осадка сопровождается выделением тепла. При влажности осадка около 96 % выделенного тепла достаточно для самоподдержания температурного режима и основная энергия затрачивается на подачу сжатого воздуха.

Технологическая схема процесса жидкофазного окисления представлена на рис. 34. Смесь осадка первичных отстойников и избыточного активного ила поступает по трубе 1 в приемный резервуар 2, где предварительно нагревается до 40— 50°С. Нагретый осадок питательным насосом 3 подается в насос высокого давления 4, который перекачивает его через последовательно установленные теплообменники 5 и 6 в реактор 7. В напорный трубопровод насоса подается сжатый воздух от компрессора 10. На входе в реактор температура паровоздущной смеси составляет около 240°С.

В реакторе в течение 0,5—0,7 ч происходит интенсивное окисление органического вещества осадка кислородом воздуха. При этом выделяется дополнительное тепло, в результате iero температура осадка повышается до 300°С.

Горячая смесь продуктов окисления, воздуха и золы удаляется из реактора через теплообменник 6 в сепаратор 8. В теплообменнике смесь частично охлаждается поступающим на обработку осадком.

В сепараторе происходит отделение от жидкой фазы осадка газов, которые выбрасываются в атмосферу или используются в турбогенераторе 9 для приведения в действие компрессора 10, подающего воздух в систему.

Зарубежный опыт показал, что турбогенераторы работают с низким КПД (около 30 %),иих применение эффективно на установках большой производительности (около 150—200 т/сут сухого вещества осадка), когда расход энергии на сжатие воздуха крайне высок.

В тех случаях, когда тепло отходящих газов не утилизируется, экономичнее применение более низких параметров обработки. Горячий осадок из сепаратора проходит теплообменник 5 и далее резервуар 2, отдавая тепло осадку, поступающему на обработку.

Охлажденный осадок, поступая в уплотнитель, отстаивается в течение 4 ч. Сливная вода (ХПК 5—6 кг/м³) сбрасывается в аэротенки, а уплотненный осадок влажностью 95 % подается на иловые площадки или механическое обезвоживание. Производительность вакуум-фильтров по осадку составляет 40—50кг/(м²- ч). Влажность обезвоженного осадка -около 60 %.

Тепловое оборудование сильно подвержено коррозии и требует применения сталей специальных марок. Систему периодически (один раз в 3—4 мес) промывают сначала раствором щелочи (5 %-ный раствор едкого натрия), а затем слабым (0,5 %-ным) раствором кислоты.

Дополнительно тепла на нагрев осадка в процессе работы установки, как правило, не требуется. Установка разогревается паром лишь в период запуска.

Дата добавления: 2015-07-19