Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Очистка сточных вод

Механическое обезвоживание осадков сточных вод


Механическое обезвоживание осадков сточных вод

Обезвоживание осадков на иловых площадках для очистных станций средней и большой пропускной способности часто оказывается невозможным из-за отсутствия свободных земельных площадей для устройства иловых площадок. Для больших городов с развитой инфрастуктурой использование процессов естественной сушки осадков нерационально, как с экономической, так и экологической точек зрения. На сегодняшний момент механическое обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах является оптимальным методом их переработки.

Подготовка осадка для механического обезвоживания. Осадки, образующиеся на очистных сооружениях населенных мест, характеризуются весьма низкими показателями водоотдачи, что затрудняет применение интенсивных процессов для их обезвоживания. Для улучшения водоотдачи необходимо изменить структуру осадка таким образом, чтобы в результате укрупнения твердых частиц произошло уменьшение поверхности раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды и, следовательно, понизилась поверхностная энергия связи воды с твердыми частицами. Изменение структуры осадков приводит к количественному перераспределению форм связи влаги в сторону увеличения содержания свободной воды за счет уменьшения доли связанной. Такое изменение структуры осадков позволяет добиваться более глубокого и быстрого их обезвоживания. Процессы подготовки осадков к обезвоживанию называют кондиционированием.

Методы кондиционирования подразделяются на реагентные и без-реагентные. Первой стадией подготовки осадка к обезвоживанию является его промывка (рис. 16.5). Промывка применяется только для сброженных осадков. В результате промывки из сброженного осадка удаляются коллоидные частицы и мелкая взвесь. Для осадков, сброженных в разных режимах, параметры промывки различаются. Промывку производят очищенной сточной водой.

Количество промывной воды следует принимать, м3/м3: – для сброженного сырого осадка – 1-1,5; – для сброженной в мезофильных условиях смеси сырого осадка и избыточного активного ила – 2-3; – то же в термофильных условиях – 3-4.

Продолжительность промывки следует принимать 15-20 минут, число резервуаров для промывки осадка не менее двух.

Для исключения разделения осадка необходимо предусмотреть перемешивание воздухом, количество его определяется из расчета 0,5 м3/м3 смеси промывного осадка и воды. Затем эта смесь направляется в уплотнители, где в течение 12-24 часов происходит уплотнение осадка. Иловая (сливная) вода, содержащая 1-1,5 г/л взвешенных веществ, и имеющая БПК 600-900 мг/л, направляется в голову очистных сооружений (см. рис. 16.5).

Рис. 16.5 Схема кондиционирования сброженного осадка промывкой и уплотнением:
1 – метантенк; 2 – насосная станция; 3 – промывная камера; 4 – уплотнитель; 5 – уплотненный осадок на механическое обезвоживание; 6 – подача сжатого воздуха; 7 – подача промывной воды; 8 – подача фильтрата; 9 – выпуск иловой воды

Реагентные методы предполагают использование для обработки осадков неорганических реагентов (хлорное железо, сернокислое железо, известь) или органических высокомолекулярных соединений (полиэлектролитов). И те, и другие приводят к снижению удельного сопротивления фильтрации в результате агрегации коллоидных и мелких нерастворенных частиц.

Дозы реагентов, рекомендуемые для разных осадков и разных режимов стабилизации, различны.

В случаях отсутствия достаточных данных для расчетов по формуле (16.4), количество реагентов следует определять в расчете по FeCl3 и СаО, при этом их дозы при вакуум-фильтровании надлежит принимать,% к массе сухого вещества осадка: – для сброженного осадка первичных отстойников: FeCl3 – 3-4; СаО -8-10; – для сброженной промывной смеси осадка первичных отстойников и избыточного активного ила: FeCl3 – 4-6; СаО – 12-20; – для сырого осадка первичных отстойников: FeCl3 – 1,5-3; СаО – 6-10; – для смеси осадка первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила: FeCl3 – 3-5; СаО – 9-13; – для уплотненного избыточного активного ила из аэротенков: FeCl3 -6-9; СаО-17-25.

При обезвоживании осадка на камерных фильтр-прессах доза извести принимается во всех случаях на 30% более. В табл. 16.2 приводится степень снижения удельного сопротивления фильтрации (УСФ) в процессе реагентного кондиционирования.

Несмотря на то, что промывка является эффективным приемом снижения удельного сопротивления сброженных осадков, для коагуляции промытого осадка требуются все же значительные дозы минеральных реагентов.

На рис. 16.6 приведена схема подготовки осадка перед механическим обезвоживанием. Из уплотнителя промытый осадок влажностью 94 – 96% удаляется при помощи насосов. Перед подачей на вакуум-фильтр или фильтр-пресс осадок подвергается кондиционированию. В качестве реагентов обычно применяют хлорное железо или сернокислое окисное железо и известь в виде 10%-ного раствора. Средняя доза железа составляет 4-6% массы сухого вещества осадка, а извести – 10 – 15%. Частицы осадка объединяются хлопьями гидроксида железа в крупные агрегаты. В результате такой обработки удельное сопротивление осадка значительно снижается и осадок легче отдает воду. Реагенты вводятся непосредственно перед подачей осадка на механическое обезвоживание.

Однако кондиционирование минеральными реагентами характеризуется рядом существенных недостатков, к которым относятся: большой массовый расход; высокая коррозионная активность; трудности с транспортировкой и хранением; внесение большого количества (до 40%) балластных веществ.

Рис. 16.6. Схема подготовки осадка перед механическим обезвоживанием:
1 – метантенк; 2 – дробилка; 3 – подача воды; 4 – подача сжатого воздуха; 5 – промывка осадка; 6 – уплотнитель; 7 – плунжерные насосы; 8 – резервуар уплотненного осадка;. 9 – подача коагулянта; 10 – отделение коагулирования; 11 – винтовые (шнековые) насосы; 12 – фильтр-пресс; 13 – транспортер обезвоженного осадка; 14 – смеситель коагулянта с осадком; 15 – отвод фильтрата

Кроме того, прошедшая в последние годы реструктуризация цен значительно увеличила долю эксплуатационных затрат в себестоимости обработки осадков (в основном по минеральным реагентам). Внесение большого количества балластных веществ значительно увеличивает стоимость вывозки и захоронения осадка, а также сокращает полезный объем полигона для захоронения осадков. Однако эти проблемы разрешимы при использовании органических реагентов (флокулянтов).

В МГП “Мосводоканал” были испытаны в лабораторных и пилотных условиях свыше 50 образцов анионо- и катионоактивных флокулянтов отечественных и зарубежных производителей. Наилучшие результаты были получены при применении катионоактивных флокулянтов фирм “Штокхау-зен”, “Аллайд коллоидз” (обе Германия), “Магнифлок” (США) и “Кемира” (Финляндия). При дозах 3,5-4,5 кг/м3 сухого вещества осадка происходило интенсивное флокулообразование и выделение свободной воды.

Отечественные флокулянты катионного типа, такие как КФ, ВПК, КО, ППС, ВА-2, ОКФ и др., недостаточно эффективны и используются пока недостаточно широко. На Курьяновской станции аэрации отказались от использования минеральных реагентов и перешли на флокулянт, производимый в г. Перми (аналог “Праестол” фирмы “Штокхаузен”). Использование флокулянта позволило существенно облегчить процесс кондиционирования и обезвоживания осадка.
Безреагентное кондиционирование осуществляется методами тепловой обработки и замораживания – оттаивания.

Тепловая обработка осадков сточных вод. В ряде стран (Англия, ФРГ, США и др.) тепловая обработка осадка применяется перед обезвоживанием.

Сущность метода состоит в прогревании осадка в реакторе в течение определенного времени при температуре 140-200°С. Схема установки тепловой обработки осадка представлена на рис. 16.7. Исходный осадок после нагревания в теплообменнике подается в реактор. В реакторе осадок выдерживается 60-75 мин при давлении 1,2-2 МПа. Для подогрева осадка в реактор подается острый пар.

Рис. 16.7. Схема тепловой обработки и механического обезвоживания осадков городских сточных вод:
1 – дробилка; 2 – резервуар дробленого осадка; 3 – насос; 4 – теплообменник; 5 – реактор; 6 – дросселирующее устройство; 7 – уплотнитель; 8 – вакуум-фильтр; 9 – подача пара; 10 – отвод иловой воды и фильтрата; 11 – отвод кека

В процессе тепловой обработки происходит распад органических веществ, в основном белков, их растворение и переход твердой фазы осадков в жидкую. При этом изменяется структура осадков, их зольность и частично химический состав, достигаются улучшение водоотдачи и обезвреживание осадков. При тепловой обработке удельное сопротивление осадков снижается до значений, позволяющих обезвоживать осадки на вакуум-фильтрах и фильтр-прессах без обработки химическими реагентами. Тепловой обработке могут подвергаться как сброженные, так и сырые осадки.

В Московском государственном строительном университете проведены исследования метода тепловой обработки осадков. Установлено, что температура, давление в реакторе и продолжительность обработки зависят от вида обрабатываемого осадка. Экспериментально определены оптимальные параметры процесса.

Реакторы для тепловой обработки выполняются в виде вертикальных колонн. В верхней части колонны имеется свободное пространство, где накапливается парогазовая смесь (водяной пар и газообразные продукты органического вещества осадка), которую периодически удаляют в сепаратор для дезодорации. Осадок подается в реактор непрерывно, а удаляется периодически через редуцирующие устройства. Для поддержания требуемых параметров работа установок должна быть автоматизирована.

Одним из достоинств метода тепловой обработки является полная стерильность обработанного осадка. При обезвоживании такого осадка на вакуум-фильтре образуется кек влажностью 55-70%. К недостаткам метода относятся сложность конструкции реактора, большие энергетические затраты и высокая концентрация органических веществ в фильтрате, которые необходимо направлять на биологическую очистку.

Иловая вода и фильтрат после отстаивания осадка, обработанного в реакторе при высокой температуре, имеет концентрацию: по взвешенным веществам 2000-6000 мг/л, по БПК – от 5000 до 10000 мг/л, по ХПК – от 10000 до 30000 мг/л. Подача такой воды в начало очистных сооружений приводит к серьезной дополнительной нагрузке. В литературе встречаются сведения о нарушении работы аэротенков. В результате распада белков сливная вода обогащается аммонийным азотом, концентрация которого достигает 600-800 мг/л. Распад клеточного вещества активного ила приводит к выделению в воду фосфатов в концентрации до 300 мг/л. Таким образом, возникает проблема очистки от биогенных элементов. При тепловой обработке выделяются дурно пахнущие газы, требующие предварительной очистки перед выбросом их в атмосферу.

Замораживание и последующее оттаивание осадков сопровождается изменением их структуры, при этом связанная влага частично переходит в свободную, и это приводит к улучшению водоотводящих свойств осадков. Такие осадки можно подвергать механическому обезвоживанию без коагулирования химическими реагентами.

Искусственное замораживание осадков проводится в холодильных установках непосредственного контакта в барабанных или панельных льдогенераторах. Непременным условием, обеспечивающим снижение стоимости процесса за счет уменьшения расхода электроэнергии, является рекуперация теплоты фазовых переходов, обеспечивающая оттаивание осадка за счет теплоты, выделяемой при замораживании. Для искусственного замораживания 1 м3 осадка расходуется около 50 кВт электроэнергии.

После оттаивания осадок обезвоживается на вакуум-фильтрах или на иловых площадках с естественным основанием и дренажом. На вакуум-фильтрах достигается производительность 50-60 кг/(м2ч) по сухому веществу, а влажность кека составляет 70-80%. Нагрузка на иловые площадки принимается 5 м3/(м2год).

Естественное намораживание осадка лучше всего производить на иловых площадках каскадного типа на естественном основании с дренажом и поверхностным удалением талой воды. При этом объем осадка уменьшается в 5-7 раз.

Процессы и оборудование для механического обезвоживания осадков. Выше отмечалось, что для больших и средних городов с развитой инфраструктурой сушка осадка на иловых площадках нерациональна. Поэтому на сегодняшний день осадки обезвоживают механическим путем, используя для этой цели вакуум-фильтры, фильтр-прессы и центрифуги.

Методы и аппараты, применяемые для обезвоживания осадков сточных вод, можно классифицировать по виду механического воздействия на их структуру: – обезвоживание осадков под разряжением; – обезвоживание осадков под давлением; – обезвоживание осадков в центробежном поле.

Обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах. До недавнего времени основными аппаратами для механического обезвоживания, производящимися в России, являлись барабанные вакуум-фильтры. На них обрабатывались практически любые виды осадков. Различают обычные барабанные, барабанные со сходящим полотном, дисковые и ленточные вакуум-фильтры.

Барабанный вакуум-фильтр – вращающийся горизонтально расположенный барабан, частично погруженный в корыто с осадком (рис. 16.8).

Барабан имеет две боковые стенки: внутреннюю сплошную и наружную перфорированную, обтянутую фильтровальной тканью. Пространство между стенками разделено на 16-32 секции, не сообщающиеся между собой. Каждая секция имеет отводящий коллектор, входящий в торце в цапфу, к которой прижата неподвижная распределительная головка. В зоне фильтрования осадок фильтруется под действием вакуума. Затем осадок просушивается атмосферным воздухом. Фильтрат и воздух отводятся в общую вакуумную линию. В зоне съема осадка в секции подается сжатый воздух, способствующий отделению обезвоженного осадка от фильтровальной ткани. Осадок снимается с барабана ножом. В зоне регенерации ткань продувается сжатым воздухом или паром. Для улучшения фильтрующей способности ткани через 8-24 ч работы фильтр регенерируют -промывают ингибированной кислотой или растворами ПАВ.

Рис. 16.8. Барабанный вакуум-фильтр:
1 – перфорированный барабан; 2 – латунная сетка; 3 – фильтровальная ткань; 4 – слой осадка; 5 – нож для съема кека; б – резервуар для осадка; 7 – качающаяся мешалка; 8 – камеры барабана; 9 – соединительные трубки; 10 – вращающаяся часть распределительной головки; 11 – неподвижная часть распределительной головки; 12 – подача осадка на обезвоживание; 13 – отведение кека; I – зона фильтрования и отсоса фильтрата; II-зона съема кека; III- зона регенерации фильтровальной ткани

В последнее время находят применение барабанные вакуум-фильтры со сходящим полотном. Они выпускаются отечественной промышленностью и рядом зарубежных фирм. В этих фильтрах регенерация фильтровальной ткани производится непрерывно. Применение их особенно эффективно в тех случаях, когда осадки сточных вод по своей структуре способны быстро заиливать фильтровальную ткань, в частности сырые осадки из первичных отстойников.

Для обезвоживания осадков используют также барабанные фильтры со слоем вспомогательного вещества с площадью фильтрования соответственно 5, 10, 30, 40 м2. Слой (0,2-1,0 мм) вспомогательного вещества обычно намывают на фильтровальную ткань.

Тонкий слой вспомогательного вещества предотвращает кольмата-цию фильтровальной ткани осадком и обеспечивает условия полного удаления обезвоженного осадка и вспомогательного вещества с фильтровальной ткани, а также высокое качество фильтрата. При этом повышается производительность вакуум-фильтра за счет сокращения длительности фильтрования, снижаются затраты на фильтровальную ткань.

В качестве вспомогательного вещества рекомендуется облученная каменноугольная зола с размером фракций 0,05-0,45 мм, перлит, диатомит и др. Такие фильтры значительно улучшают процесс фильтрования осадков сточных вод.

Следует отметить, что способ фильтрования труднофильтруемых суспензий через слой вспомогательного вещества весьма эффективен. Производительность такого вакуум-фильтра в 3-4 раза больше, чем при фильтровании через ткань. Продолжительность вспомогательных операций составляет 10% от продолжительности фильтрования. Этот метод довольно широко используется для фильтрования осадков промышленных предприятий.

Для нормальной работы вакуум-фильтров необходимо вспомогательное оборудование: вакуум-насосы, воздуходувки, ресиверы, центробежные насосы и устройства, обеспечивающие постоянное питание вакуум-фильтра.

Схема установки барабанного вакуум-фильтра и вспомогательного оборудования показана на рис. 16.9. Осадок на вакуум-фильтр подается насосом через дозатор. Фильтрат вместе с воздухом из вакуум-фильтра отводится к ресиверу. В ресивере разделяются фильтрат и воздух. Для создания вакуума применяют мокровоздушные вакуум-насосы.

Рис. 16.9. Схема установки барабанного вакуум-фильтра:
1 – резервуар для осадка; 2 – насос для подачи осадка; 3 – дозатор; 4 – вакуум-фильтр; 5 – ресивер; 6 – воздуходувка; 7 – вакуум-насос; 8 – насос для откачки фильтрата; 9 – резервуар фильтрата; 10 – переливные трубопроводы; ^ ~ трубопровод опорожнения; 12 – подача реагентов

Фильтрат из ресивера удаляется центробежным насосом и направляется в уплотнители, так как фильтрат содержит непрореагировавшие коагулянты, способствующие лучшему уплотнению.

При вакуум-фильтровании вакуум составляет 40-65 кПа (300-500 мм рт.ст.), давление сжатого воздуха для отдува осадка -20-30 кПа (0,2-0,3 кгс/см2). Пропускную способность вакуум-насосов определяют из условия расхода воздуха 0,5 м3/мин на 1 м2 площади фильтра, а расход сжатого воздуха – 0,1 м3/мин на 1 м2 площади фильтра.

При проектировании установок вакуум-фильтрования осадков для их обезвоживания конечная задача расчета состоит в определении в зависимости от количества обрабатываемого осадка числа рабочих и резервных серийно выпускаемых вакуум-фильтров.

Недостатками ваккум-фильтров являются сложность управления, низкая надежность, невозможность использования органических флокулян-тов для кондиционирования осадка, громоздкость и загрязненность рабочей среды.

Кроме широко применяемых барабанных вакуум-фильтров, используются (в основном для обезвоживания осадков производственных сточных вод) ленточные вакуум-фильтры и листовые фильтры. Ленточные вакуум-фильтры применяют для обезвоживания быстро расслаивающихся осадков, преимущественно минерального происхождения, таких как окалина, осадки газоочисток доменного и конвертерного цехов. Фильтр (рис. 16.10) имеет бесконечную резиново-тканевую ленту, натянутую на двух барабанах, и фильтровальный стол. Щелевое отверстие, расположенное посередине стола, сообщается с вакуум-камерой. Лента имеет поперечные рифления и продольные сквозные прорези. Фильтровальная ткань укладывается на ленту и закрепляется в пазах резиновым шнуром. Верхняя рабочая ветвь ленты протягивается по столу так, что ее продольные прорези совпадают с щелевым отверстием стола. Фильтрат отводится с внутренней стороны ткани по поперечным пазам и через продольные отверстия поступает в вакуум-камеру и сборный коллектор. При фильтровании быст-роосаждающиеся крупные частицы образуют подслой, который улучшает условия фильтрования и повышает пропускную способность фильтра.

Рис. 16.10. Ленточный вакуум-фильтр:
1 – фильтровальная ткань; 2 – направляющие для фильтровальной ткани; 3 – барабан; 4 – лоток для подачи осадка; 5 – фильтровальный стол; 6 – прорезиненная лента; 7 – сборный коллектор фильтрата; 8 – поперечный желоб Для отвода фильтрата; 9 – продольная прорезь; 10 – направляющие для ленты; И — резиновый шнур

Листовые фильтры типа ЛВАВ (листовой вертикальный автоматизированный с вибровыгрузкой осадка) могут служить для обезвоживания различных осадков.

Обезвоживание осадков сточных вод на фильтр-прессах. В последнее время фильтр-прессы находят довольно широкое распространение для обезвоживания осадков сточных вод. Их применяют для обработки сжимаемых аморфных осадков. По сравнению с вакуум-фильтрами, при прочих равных условиях после обработки на фильтр-прессах получаются осадки с меньшей влажностью. Фильтр-прессы применяют в тех случаях, когда осадок направляют после обезвоживания на сушку или сжигание или когда необходимо получить осадки для дальнейшей утилизации с минимальной влажностью.

Различают рамные, камерные, мембранно-камерные, ленточные, барабанные и винтовые (шнековые) фильтр-прессы.

Рамный фильтр-пресс имеет набор вертикально расположенных чередующихся плит и рам. Между поверхностями плит и рам проложена фильтровальная ткань. Сначала собирают комплект рам и плит, загружают камеры осадком и отжимают его. Затем рамы и плиты поочередно отодвигают и обезвоженный осадок сбрасывают в бункер. Рамные фильтр-прессы имеют низкую пропускную способность. Кроме того, выгрузка осадка из фильтра обычно производится вручную. В настоящее время эти фильтры практически не применяются.

Фильтр-прессы ФПАКМ (фильтр-пресс автоматизированный камерный модернизированный) находят довольно широкое распространение. Они выпускаются промышленностью серийно и имеют площадь поверхности фильтрования 2,5-50 м2.

Фильтр состоит из нескольких фильтровальных плит и фильтрующей ткани, протянутой между ними с помощью направляющих роликов. Поддерживающие плиты связаны между собой вертикальными опорами, воспринимающими нагрузку от давления внутри фильтровальных плит. В натянутом состоянии ткань поддерживается с помощью гидравлических устройств.

Каждая фильтровальная плита (рис. 16.11) состоит из верхней и нижней частей. Нижняя часть перекрыта перфорированным листом, под которым находится камера приема фильтрата. На перфорированном листе находится фильтровальная ткань. Верхняя часть представляет собой раму, которая при сжатии плит образует камеру, куда подается осадок. В верхней части расположена эластичная водонепроницаемая диафрагма.

В камеру по коллектору подаются осадок и воздух (положение А). По каналам фильтрат и воздух отводятся в коллектор. Затем осадок отжимается диафрагмой, для чего в полость нагнетается вода под давлением (положение Б). После этого раздвигаются плиты (положение В), передвигается фильтровальная ткань и кек снимается с нее ножами, ткань промывается и очищается в камере регенерации ткани.

Рис. 16.11. Схема фильтр-пресса ФПАКМ:
1- верхняя часть плиты; 2 – перфорированный лист; 3 – камера для приема фильтрата; 4 – нижняя часть плиты в виде рамы; 5 – камера для осадка; 6 – эластичная водонепроницаемая диафрагма; 7 – фильтровальная ткань; 8 и 10 – каналы; 9 – коллектор для подачи осадка; 11 – коллектор для отвода фильтрата и воздуха; 12 – полость для воды

При необходимости перед подачей на фильтр-пресс в осадок вводятся химические реагенты – хлорное железо, известь, полиакриламид и др.

Наиболее эффективно обезвоживаются на камерных фильтр-прессах осадки производственных сточных вод минерального происхождения. Осадки городских сточных вод обезвоживаются хуже.

Пропускная способность фильтр-прессов и влажность кека при обезвоживании осадков городских сточных вод зависят от вида обрабатываемого осадка и определяются по табл. 16. 4.

При фильтр-прессовании подачу осадка производят под давлением не менее 0,6 МПа; расход сжатого воздуха на просушку осадка – 0,2 м /мин на 1 м2 фильтровальной поверхности; давление сжатого воздуха – 0,6 МПа; расход промывной воды – 4 л/мин на 1м2 поверхности; давление промывной воды – 0,3 МПа.

Технологическая схема процесса фильтр-прессования осадков показана на рис. 16.12. Осадок из резервуара под вакуумом перепускается в монжус. После заполнения монжуса задвижки 6 и 9 закрываются, а задвижки 5 и 12 открываются и включается компрессор, при котором осадок из монжуса выдавливается в фильтр – пресс, где обезвоживается.

В настоящее время все большее распространение получают мембранно-камерные фильтр-прессы. Они включают в себя целый комплекс вспомогательного оборудования (рис. 16.13).

Рис. 16.12. Технологическая схема фильтр-прессования осадков:
1 – конвейеры; 2 – фильтр-пресс камерного типа; 3, 5, 6, 9, 12 – задвижки; 4 – трубопровод сжатого воздуха; 7 – компрессор; 8 – вакуум-насос; 10 – резервуар обезвоживаемого осадка; 11 – монжус; 13 – отвод фильтрата и промывной воды к очистным сооружениям

Рис. 16.13. Технологическая схема механического обезвоживания осадков на мембранно-камерном фильтр-прессе:
1 – система приготовления флокулянта; 2 – система дозирования флокулянта; 3 – система подачи осадка; 4 – система смешения осадка с флокулянтом; 5 – система промывки фильтровального полотна; 6 – система дожима мембран; 7 – система отвода капельных утечек и воды от промывки ткани; 8 – система отвода обезвоженного осадка; 9 – резервуар исходного осадка; 10 – подача воды питьевого качества; 11 – мембранно-камерный фильтр-пресс; 12 – отвод фильтрата; 13 – подача технической воды

Работа всего комплекса оборудования контролируется и управляется с центрального компьютера. Учитывая необходимость точной дозировки реагента и регулируемой подачи осадка на различных технологических фазах, используют специальные объемные насосы с регулируемым приводом (как правило, эксцентрико-шнековые).

Для достижения оптимального результата под каждый вид осадка подбирается специальная фильтровальная ткань: полипропиленовая или полиамидная. Для обеспечения саморазгружаемости фильтр-пресса рабочая поверхность ткани специально термически обработана и имеет гладкую поверхность.

При обезвоживании на мембранно-камерных фильтр-прессах необходимо полимерное кондиционирование осадка. На Курьяновской станции аэрации работают прессы по системе фирмы “Штокхаузен” в части приготовления флокулянта и подаче сфлокулированного осадка на обезвоживание.

Камерно-мембранные фильтр-прессы фирм “Нетч фильтротехника” (Германия) и “Дифенбах“ (Италия) площадью фильтрации от 500 до 800 м2, работают на московских станциях аэрации. Результаты опытной эксплуатации доказали их высокий технический уровень, надежность, высокую производительность и удобство обслуживания. В среднем при суточной производительности до 35 т сухого вещества на один фильтр-пресс, устойчиво достигается влажность обезвоженного осадка не более 70%. Таким образом на сегодняшний день для сооружений по обработке осадка средних и крупных городов с использованием различных технологий его утилизации наиболее экономически и технически целесообразным можно считать использование мембранно-камерных фильтр-прессов в сочетании с полимерным кондиционированием. При дозах коагулянта 3,5-4,5 кг/т сухого вещества осадка происходит интенсивное флокулообразование и выделение свободной воды. Простой экономический расчет только эксплуатационных затрат показывает значительное преимущество данной технологии.

Мембранно-камерный фильтр-пресс представляет собой серию вертикальных плит, имеющих каналы и покрытых тканью для поддержания кека. Плиты смонтированы в корпусе, верхние опоры которого соединены двумя тяжелыми горизонтальными и параллельными брусьями или рельсами. Конструктивно фильтр-прессы подразделяются на: прессы с верхней подвеской плит и с боковой подвеской плит.

На рис. 16.14 дано схематичное изображение образование коржа в мембранно-камерном фильтр-прессе.

Кондиционированный осадок подается на фильтр-пресс насосами при возрастающем давлении. Давление наполнения – 8 атм. Давление до-жима составляет до 15 атм. Время подачи осадка и образования слоя кека обычно составляет 40-30 мин. Время дожима – 15-20 мин. Время выгрузки 15 мин. Общая продолжительность фильтроцикла составляет до 90 мин. При влажности исходного осадка от 94% до 97% влажность кека – 68-70%.

Рис. 16.14. Схема работы мембранно-камерного фильтр-пресса:
1 – фильтрующая плита; 2 – фильтрующая ткань; 3 – фильтрующая камера; 4 – сборные каналы фильтрата; 5 – запорная плита; 6 – подача осадка; 7 – отвод фильтрата

Применяются также ленточные фильтр-прессы. Они относительно просты и по конструкции, и в эксплуатации. Принципиальная схема горизонтального пресса показана на рис. 16.15. Пресс имеет нижнюю горизонтальную фильтрующую ленту и верхнюю прижимную ленту. Фильтрование и отжим осуществляются в пространстве между этими лентами. Обезвоженный осадок срезается ножом и сбрасывается в конвейер. Фильтрующая лента промывается водой, подаваемой по трубопроводу. Фильтрат и промывная вода отводятся по трубопроводу. Имеются также конструкции вертикальных ленточных фильтр-прессов.

Рис. 16.15. Схема горизонтального ленточного фильтр-пресса:
1 – подача осадка; 2 – камера смешения; 3 – прижимная лента; 4 – емкость для обезвоженного осадка; 5 – фильтрующая лента; 6 – труба для отвода фильтрата и промывной воды; 7 – сборник фильтрата; 8 – трубопровод для подачи промывной воды

Барабанный фильтр-пресс типа “Юнсон” конструктивно сочетает в себе гравитационный ленточный фильтр и барабанный пресс.

Центрифугирование осадков находит все большее распространение. Достоинствами этого метода являются простота, экономичность и управляемость процессом. После обработки на центрифугах получают осадки низкой влажности.

Более концентрированный осадок первичных отстойников разделяется в центробежном поле лучше, чем сброженная смесь осадка и ила, и значительно лучше, чем активный ил.

Центрифугирование – разделение фаз в поле центробежных сил. Критерием влагоотдачи при центрифугировании является индекс центрифугирования (см. формулу (15.7)).

При значениях индекса центрифугирования больше 7 перед центрифугированием требуется кондиционирование осадка. Самым рациональным способом является кондиционирование катионными полиэлектролитами.

Центрифугирование осадков производится с применением минеральных коагулянтов и флокулянтов или без них. При использовании фло-кулянтов осадок после обезвоживания имеет меньшую влажность, а центрифуга – большую пропускную способность; фугат, образующийся при центрифугировании, имеет меньшую загрязненность. Но поскольку промышленностью выпускается ограниченное число флокулянтов, для обработки осадков сточных вод они применяются редко. При центрифугировании осадков без применения флокулянтов образующийся фугат имеет высокие значения БПК, ХПК и содержание взвешенных веществ. Для дальнейшей обработки фугат обычно направляется на сооружения биологической очистки, увеличивая тем самым нагрузку на них.

Работа центрифуг характеризуется такими показателями, как производительность, эффективность задержания сухого вещества и влажность обезвоженного осадка (кека). Показатели работы центрифуги зависят от геометрических размеров ротора, скорости его вращения, диаметра сливного цилиндра, влажности осадка, плотности и дисперсионного состава его твердой фазы и других факторов.

Центрифуги по методу центрифугирования принято разделять на фильтрующие и осадительные.

В отечественной практике для обработки осадков сточных вод применяют серийные, непрерывно действующие осадительные горизонтальные центрифуги типа ОГШ (рис. 16.16). Основными элементами центрифуги являются конический ротор со сплошными стенками и полый шнек. Ротор и шнек вращаются в одну сторону, но с разными скоростями. Под действием центробежной силы нерастворенные частицы осадка 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 нерастворенных частиц исходная фаза (фугат) отводится через отверстия, расположенные с противоположной стороны ротора. В настоящее время налажен выпуск центрифуг этого типа с расчетной производительностью по суспензии до 30 м3/ч.

Рис. 16.16. Осадительная центрифуга:
1 – трубопровод для подачи осадка; 2 – отверстия для выгрузки фугата; 3 – выпуск фугата; 4 – отверстие для поступления осадка в ротор; 5 – выгрузка кека; 6 – ротор; 7 – полый шнек; 8 – отверстия для выгрузки кека

Эффективность задержания твердой фазы осадков и влажность кека зависят от характера обезвоживаемого осадка. Наибольшее количество взвешенных веществ содержится в фугате при центрифугировании активного ила. При обезвоживании осадков на центрифугах возникают проблемы дальнейшей обработки образующегося фугата.

В НИИ КВОВ разработан ряд технологических процессов обезвоживания осадков на центрифугах.

Разработана схема раздельного центрифугирования сырого осадка первичных отстойников и активного ила. По этой схеме фугат сырого осадка сбрасывается в первичные отстойники, а фугат активного ила используется в качестве возвратного ила в аэротенках. При подаче фугата сырого осадка в первичные отстойники необходимо увеличивать продолжительность отстаивания сточной жидкости до 4^4,5 ч. По этой схеме из состава очистных сооружений исключаются илоуплотнители. На центрифугу подается весь активный ил или часть его.

Разработана также схема центрифугирования сырого осадка из первичных отстойников с последующей аэробной стабилизацией фугата в смеси с неуплотненным избыточным активным илом и центрифугированием уплотненной сброженной смеси (рис. 16.17). По этой схеме период аэробной стабилизации в минерализаторе составляет 6-8 сут, продолжительность уплотнения сброженной смеси – 6-8 ч, а влажность уплотненного осадка – 97,5%.

Рис. 16.17. Схема центрифугирования осадка первичных отстойников с последующей аэробной стабилизацией фугата в смеси с неуплотненным избыточным активным илом и центрифугированием уплотненной стабилизированной смеси:
1 – первичный отстойник; 2 – аэротенк; 3 – вторичный отстойник; 4 – центрифуги; 5 – труба для выпуска обезвоженного осадка; 6, 7 – трубопроводы для подачи осадка и возвратного ила соответственно; 8 – труба для отвода избыточного ила; 9 – минерализатор, 10 – уплотнитель

По третьей схеме осуществляется центрифугирование сброженного осадка с подсушиванием фугата на иловых площадках с дренажом. По этой схеме нагрузка на иловые площадки увеличивается в 2 – 3 раза.

Подбор центрифуг ведется по их пропускной способности, а также по количеству исходного осадка.

Перед подачей осадка на центрифуги предусматривается удаление из него песка, а перед центрифугами с диаметром ротора менее 0,5 м – установка решеток-дробилок.

При подаче фугата после центрифуг на очистные сооружения необходимо учитывать увеличение нагрузки на них по БПК в зависимости от эффективности задержания сухого вещества из расчета 1 мг БПК на 1 мг сухого вещества в фугате.

Для повышения эффективности задержания сухого вещества в центрифугах возможно применение химических реагентов. Для этой цели можно применять хлорное железо, соли алюминия и другие соединения. Но эти коагулянты не дают должного эффекта, так как хлопья коагулянтов разрушаются в центрифуге под действием центробежной силы. Введение в осадки извести приводит к повышению эффективности задержания сухого вещества, но одновременно известь увеличивает абразивность осадков и приводит к износу шнеков центрифуг.

Фирмой “Лурги” был разработан метод, при котором предварительно перед центрифугированием производится обработка осадка известковой суспензией и углекислотой. Осадок (сырой или сброженный) смешивается с известковой суспензией и подается в уплотнитель. Уплотненный осадок нейтрализуется углекислотой в сатураторе до образования карбоната кальция и направляется во вторичный уплотнитель, где вновь уплотняется. Осадок из вторичного уплотнителя с концентрацией сухого вещества 8-12% обезвоживается на центрифуге, а иловая вода из первичного и вторичного уплотнителей возвращается на очистные сооружения. Этот метод может конкурировать с вакуум-фильтрацией, при которой также применяются химические реагенты.

При обезвоживании осадков на центрифугах наиболее эффективными оказываются синтетические органические полиэлектролиты – флокулянты катионного типа дозой 0,2-0,5% массы сухого вещества осадка. При работе с флокулянтами производительность центрифуг принимается в 2 раза меньше, а эффективность задержания сухого вещества при этом увеличивается до 90-95%. В зависимости от характеристики обрабатываемого осадка влажность кека составляет 70-80%.

Флокулянты вводятся во всасывающую или напорную линию насоса-дозатора или непосредственно в полость центрифуги. Для работы с флокулянтами разработаны центрифуги с диаметром ротора 500 и 1000 мм.

Виды применяемых флокулянтов и необходимая их доза должны уточняться в каждом конкретном случае для конкретного вида осадка.

Технико-экономические расчеты и эксплуатационные данные показывают, что применение центрифуг для обработки осадков сточных вод экономически целесообразно для станций пропускной способностью 70-100 тыс. м3/сут.

Сопоставление методов и аппаратов для механического обезвоживания осадков (табл. 16.7) показывает, что каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки. При выборе аппаратов для обезвоживания осадков сточных вод большое значение имеет увязка их параметров и режима работы со всей технологической схемой обработки и утилизации осадков, а также с работой сооружений по очистке сточных вод. Например, если сточные воды содержат значительное количество песка и имеется возможность использования в качестве реагента молотой извести, извести в виде известкового молока, теста или карбидного ила, и если при этом осадки после обезвоживания нужно подвергать термической сушке, а применение их в качестве удобрения планируется на кислых почвах, то для обезвоживания рационально применять вакуум-фильтры.

Если обезвоживанию подвергается сброженный в термофильных условиях осадок с последующей утилизацией в качестве удобрения, то целесообразно применять центрифуги или ленточные фильтр-прессы с флокулянтами. Центрифуги и ленточные фильтр-прессы эффективно применять также на очистных сооружениях пропускной способностью до 100 тыс. м3/сут с последующим компостированием или химическим обеззараживанием обезвоженного осадка. Если применяется тепловая обработка осадка перед его обезвоживанием или сжигание обезвоженного осадка, то Для обезвоживания осадков целесообразно применять камерные или рамные фильтр-прессы.

Выбор технологической схемы обработки осадков должен производиться на основании технико-экономических обоснований с учетом конкретных местных условий, свойств осадков, обеспеченности реагентами, топливом и технологическим транспортом, возможности и эффективности утилизации переработанного осадка и т.п.

На Щелковских межрайонных очистных сооружениях, станциях аэрации городов Могилева, Череповца и некоторых других производится механическое обезвоживание сброженных осадков (рис. 16.18) на барабанных вакуум-фильтрах с предварительной промывкой и уплотнением осадков и обработкой их химическими реагентами. Обезвоженные осадки далее направляются на сушилки. Вакуум-фильтры работают под вакуумом 0,047-0,053 МПа (350-400 мм рт.ст) с частотой вращения барабана 0,25 мин“1. Срок службы фильтровальной ткани артикула 56023 составляет в среднем 1200 ч. В фильтрате содержится до 600 мг/л взвешенных веществ. Производительность вакуум-фильтров составляет 17-22 кг/(м2ч) по сухому веществу осадка при влажности 78-80%.

Рис. 16.18. Схема процесса обработки и обезвоживания сброженных осадков:
1 – отстойники и уплотнители; 2 – насосная станция; 3 — метантенки; 4 – подача очищенной сточной жидкости на промывку осадка; 5 – камера смешивания осадка с очищенной сточной жидкостью; 6 – отстойник-илоуплотнитель; 7 – отвод сливной воды в головные очистные сооружения; 8 – приемный резервуар с насосной станцией перекачки осадка; 9 – дозатор-смеситель химических реагентов с осадком; 10 – склад хранения и узел приготовления раствора хлорного железа; 11 – склад извести и узел приготовления известковой суспензии; 12 – барабанные вакуум-фильтры; 13 – конвейер обезвоженного осадка; 14 – сушилки; 15 – бункер; 16 – вывоз термически высушенного осадка; 17 – отвод очищенных дымовых газов в атмосферу; 18 – воздуходувка; 19 – вакуум-насосы; 20 – ресивер для отделения фильтрата от воздуха; 21 – насосы для откачки фильтрата

Цехи механического обезвоживания сырых осадков на барабанных вакуум-фильтрах со сходящим полотном построены на очистных станциях городов Орехово-Зуева, Воскресенска, Клина, Коломны и др. Обобщение опыта эксплуатации цехов механического обезвоживания сырых осадков показало устойчивую работу вакуум-фильтров с производительностью 17-40 кг/(м2ч) и влажностью кека 67-80% при дозе хлорного железа 2-4% и извести 9-15% (в пересчете на СаО) массы сухого осадка.

Для обезвоживания осадков сточных вод широкое применение (наряду с вакуум-фильтрами) получили осадительные центрифуги со шнеко-вой выгрузкой осадка.
Строительство цехов центрифугирования осадков с аэробной стабилизацией фугата осуществлено на станциях аэрации городов Краснодара, Новороссийска, Рузаевки, Истры (Московской обл.) и др.

На очистных станциях г. Сочи смонтирована и эксплуатируется центрифуга ОГШ-501 К-10, являющаяся первой моделью шнековых центрифуг, специально разработанных для обезвоживания осадков сточных вод с использованием флокулянтов. Удлиненный ротор центрифуги (1,8 м), усовершенствованная конструкция шнека и высокая частота вращения ротора (до 2660 об/мин) обеспечивают относительно высокую производительность центрифуги. Благодаря применению новых центрифуг и добавлению к осадку флокулянта, отпадает необходимость последующей обработки фугата на дополнительных очистных сооружениях. В последние годы на Курьяновской и Люберецкой станциях г. Москвы внедрены в производство мембранно-камерные фильтр-прессы импортного производства с использованием флокулянтов.

На сегодняшний момент, современные конструкции мембранно-камерных и камерных фильтр-прессов наиболее соответствуют условиям эксплуатации на крупных российских станциях аэрации. В среднем при суточной производительности до 35 т сухого вещества на один фильтр-пресс устойчиво достигается влажность кека не менее 70%. Для достижения оптимального результата под каждый вид осадка подбирается специальная фильтровальная ткань, а также наиболее эффективный флокулянт.

Эффективность обезвоживания осадков на вакуум-фильтрах, центрифугах и фильтр-прессах в большей степени зависит от правильного выбора реагента – коагулянта либо флокулянта, при этом предпочтение отдается флокулянтам.

Выполненная МГП “Мосводоканал” оценка различных методов кондиционирования осадков перед из обезвоживанием также подтвердила преимущество применения полимерных флокулянтов, которые в значительной степени (наряду с другими факторами) позволяют интенсифицировать процесс обезвоживания осадков.





Похожие статьи:
Депонирование осадков сточных вод

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Очистка сточных вод

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум