Современные методы обработки осадка

Обработка осадка сточных вод – важный технологический процесс, необходимый для поддержания высокого санитарного уровня состояния окружающей среды. Его используют для уменьшения объема скопившихся иловых отложений, а также их подготовки к последующей утилизации или использованию. Сегодня обработка осадка осуществляется различными методами, отличающимися и технологией, и применяемым оборудованием.

Обработка осадка сточных вод – важный технологический процесс, необходимый для поддержания высокого санитарного уровня состояния окружающей среды. Его используют для уменьшения объема скопившихся иловых отложений, а также их подготовки к последующей утилизации или использованию. Сегодня обработка осадка осуществляется различными методами, отличающимися и технологией, и применяемым оборудованием.

Тепловая обработка осадков

Эта технология заключается в нагревании осадка до температуры +170…+200 °С в специальных автоклавах на протяжении часа, что приводит к разрушению его коллоидной структуры. Для такой обработки используются специальные установки, состоящие из накопительного резервуара, насосов, теплообменника и нагревательного реактора. Также применяется аппарат снижения давления, устройство механического обезвоживания и уплотнитель ила. Сам процесс выглядит так: осадок подается под давлением из емкости-накопителя в теплообменник, где он взаимодействует с другой частью осадка, предварительно нагретой в реакторе методом «острого» пара. После охлаждения вещество поступает в камеру снижения давления, а потом в уплотнитель и секцию обезвоживания.

Удельный расход пара при таком методе обработки составляет 120–140 кг/м³осадка. Уплотнение иловых отложений происходит в специальных уплотнителях радиального типа, оно длится на протяжении 2–4 часов с поддержанием постоянной влажности 93-94 %. Механическое обезвоживание осадка обеспечивается использованием фильтр-прессов и вакуум-фильтров.

Замораживание и оттаивание осадков

Данный метод обработки осадков заключается в том, что при замораживании происходит высвобождение влаги, коагуляция твердых частиц и снижение удельного сопротивления иловых отложений. Далее при оттаивании осадки образуют зернистую структуру, а их влагоотдача повышается. Замораживается жидкость на протяжении 50–120 минут при температуре от -5 °С до -10 °С с использованием специального оборудования.

Аммиачные холодильные машины. Трубчатые установки такого типа состоят из резервуара, насоса, вакуумного отделителя, маслоотделителя, компрессора, резервуара для оттаивания и промежуточного теплообменника. Процесс замораживания начинается с подачи жидкого аммиака в накопитель с осадком. При взаимодействии с илом аммиак испаряется в трубах, в результате чего отложения затвердевают (замерзают). Аммиачные пары тем временем поступают в компрессор, сжимаются и подаются в промежуточный теплообменник, в котором они конденсируются, выделяя тепло, используемое для оттаивания осадка в резервуаре. По завершении цикла жидкий аммиак возвращается на этап охлаждения через специальный вакуум-отделитель.

Барабанные установки. В составе таких машин присутствуют трубопровод, регулирующий нож, поддон, барабан-испаритель, регулирующий вентиль, ороситель, решетка-конденсатор и сеть трубопроводов, обеспечивающих циркуляцию хладагента. Замораживание происходит на поверхности постоянно вращающегося барабана-испарителя, который погружается в поддон с осадком. Толщина намораживаемого слоя регулируется специальным ножом. Он снимает затвердевшее вещество и подает на решетку-конденсатор, на которой оно оттаивает и перемещается через отверстия в емкость. Охлаждение обеспечивает циркулирующий по трубопроводам хладагент. При этом в момент пуска решетка конденсатора дополнительно охлаждается распыляемой оросителем водой. После оттаивания илистый осадок проходит уплотнение и сушку.

Метод жидкофазного окисления

Суть данной технологии заключается в окислении органических компонентов осадка кислородом в условиях высокого давления и повышенной температуры. Собранный в накопительном резервуаре активный ил и сырой осадок нагревается до +45…+50 °С, после чего жидкость подается в реактор через теплообменник. Далее смесь, состоящая из воздуха, золы и продуктов окисления, направляется в сепаратор. Проходя повторно через теплообменник, она охлаждается, отдавая тепло. Из сепаратора осадок возвращается в приемный резервуар, из которого извлекается для дальнейшего уплотнения и обезвоживания. Выделяемого в процессе обработки тепла достаточно для поддержания полного цикла окисления осадков с влажностью 96 %. Выделяющийся в сепараторе газ может быть использован для работы турбогенератора.

Технология обезвоживания осадков

Обезвоживание осадков выполняется с использованием различных технологий и установок. Сегодня одними из наиболее популярных видов такой обработки являются следующие:

отстаивание на иловых площадках. Эта технология требует наличия специальных участков земли (кортов), окруженных по периметру земляными валами. При условии глубокого залегания грунтовых вод и хороших фильтрующих свойств почвы площадка обустраивается в естественных грунтах. Ее глубина может достигать 2 метров. Обязательно сооружаются водонепроницаемые стены и дно. Если глубина прохождения грунтовых вод составляет менее 1,5 метра, создается искусственное основание, а фильтрат отводится с помощью дренажа из труб. Как правило, рабочая глубина иловой площадки составляет 0,7–1 м. Площадь корта зависит от структуры и количества осадка, а также от климатических условий, характеристик грунта и других факторов.

Технология обезвоживания осадка сточных вод с помощью иловых площадок основана на естественном расслоении вещества при длительном отстаивании. В процессе такой обработки жидкость, которая образуется над слоем твердого ила, периодически отводят. Плотный осадок при этом удаляют и уплотняют специальными машинами;

механическое обезвоживание. Для обработки осадков таким способом используются вакуум-фильтры различных типов (ленточные, барабанные, дисковые), а также фильтр-прессы, центрифуги, листовые и виброфильтры. Кроме основных фильтрующих компонентов машины механического обезвоживания оснащаются дополнительным оборудованием, необходимым для подготовки смеси, ее транспортировки и других манипуляций.

Сам процесс обезвоживания начинается с подачи насосом осадка из накопительного резервуара на фильтр, поверхность которого непрерывно обрабатывается реагентами. На внешних стенках вращающегося барабана образуется уплотненный слой, который удаляется с помощью потока сжатого воздуха. Далее фильтрат поступает в ресивер, где от него отделяется воздух. Обработанная смесь, в которой содержится 50–1000 мг/л осадка, смешивается с необработанными сточными водами и снова отправляется на очистку. Восстановление фильтра выполняется с помощью продувки ткани сжатым воздухом;

обезвоживание с помощью центрифуг. Данный метод относится к технологиям механического обезвоживания осадка и предусматривает использование центрифуг (часто шнековых моделей). Их производительность обычно составляет: при обработке первичных отстойников – 8–30 м³/ч, при обезвоживании сброженных жидких масс – 12-40 м³/ч. Как правило, удельный расход энергии в таких установках составляет 2,5–3,3 кВт*ч/м³ обрабатываемого осадка. Влажность обработанного осадка будет зависеть от степени зольности активного ила. Например, при показателе 28–35 % обезвоженное вещество будет иметь влажность на уровне 70–80 %, при 38–42 % она составит 44–47 %, а при 65–75 % повысится до 50–70 %.

Обезвоживание центрифугами производится по двум технологическим схемам.

• Раздельное центрифугирование первичного сырого осадка и активного ила. При этом способе фугат сырого осадка направляется в отстойник, а фугат активного ила – в аэротенки или систему возвратного ила. В состав используемого в данном случае оборудования не включаются илоуплотнители. Подача активного ила на центрифугу осуществляется в полном объеме или небольшими частями. Время оттаивания осадка в отстойнике достигает 4-4,5 ч.
• Центрифугирование сырых осадков с последующим аэробным сбраживанием. Данный способ предусматривает обезвоживание осадка на центрифуге и дальнейшее сбраживание фугата в смеси, содержащей с избытком неуплотненный активный ил. Эта смесь также называется минерализатором. Сбраживание занимает 6–8 суток, уплотнение – 6–8 часов. Влажность уже уплотненного осадка, как правило, составляет 97,5 %. Обезвоживание осадка выполняется за счет применения сепараторов, способных обеспечить сгущение активного ила с первичной концентрации 3,9–4,3 кг/м³ до уровня 54,7–71,8 кг/м³.

Методы сушки осадков

Технология сушки чаще всего применяется в качестве подготовки осадков к дальнейшему использованию (рециклингу). Основным оборудованием, используемым для такого метода обработки, являются конвективные сушилки, которые по своему устройству разделяются на барабанные, распылительные, со встречными струями или специальным кипящим слоем. Сушильным реагентом, как правило, становится топочный газ с температурой +500…+800 °С, горячий воздух или перегретый пар.

Барабанные сушилки. Состоят из топки, загрузочной трубы, сушильного барабана, устанавливаемого под углом 3–40°, разгрузочной камеры, дымоотсоса, батарейного циклона, скруббера и транспортера. Основной элемент в таких установках – барабан. Его диаметр может составлять 1–3,5 м, длина – 6–27 м, а скорость вращения – 1,5–8 об/мин. Для равномерного распределения илистого осадка на внутренней поверхности сушильного барабана устанавливаются специальные насадки. Газы, образующиеся в процессе очистки в циклоне и скруббере, выпускаются в атмосферу, тогда как высушенный материал перемещается на транспортер.

Производительность барабанных сушилок, которая определяется по влаге, составляет от 0,3 до 15 т/ч. Расход тепла при таком способе обработки достигает 4600–5000 кДж/кг испаряемой влаги. Влажность сырых осадков, составляющая до начала обработки 80 %, снижается в процессе сушки до 30–35 %.

Сушилки со встречными струями. В состав такого оборудования входят приемная камера, ленточный транспортер, сушильная камера со специальными разгонными трубами, шнековый питатель, камеры сгорания, шлюзовые затворы, вертикальный стояк, скруббер, сепаратор и трубопровод для ретура.

Процесс сушки начинается с того, что обезвоженный после извлечения из накопительного септика осадок подается на транспортер, который направляет его вместе с частью высушенного материала в приемную камеру. Шнековые питатели равномерно распределяют вещество в разгонных трубах, в которые на большой скорости (100–400 м/с) с камеры сгорания подается горячий газ. Осадок захватывается газовым потоком и перенаправляется в сушильную камеру, где оба потока сталкиваются, в результате чего происходит измельчение твердых частиц и увеличение поверхности массо- и теплообмена, обеспечивающей более интенсивную сушку. Из сушильной камеры смесь газа и ила перемещается в сепаратор, в котором происходит досушка обрабатываемого осадка и отделение твердых частиц от газовых масс. После этого осадок отправляется в специальный бункер, а газ – на очистку в скруббере.

Производительность сушилок такого типа составляет 3–5 т/ч, а расход тепла при данном методе обработки достигает 3,8 ГДж/кг испаряемой влаги. В момент подачи осадка в сушильную камеру его влажность соответствует 60–65 %, поле завершения сушки – 30–35 %.

Сушилки распылительного типа. Такое оборудование состоит из топки, вентилятора, сушила, батарейного циклона, бункера для сбора готового продукта и пневмопривода. Как правило, данные установки применяются для обработки очень влажных осадков. Процесс сушки начинается с подачи предварительно высушенного активного ила (концентрации 50–80 г/л) в верхний отсек сушилки, куда также направляются газы, разогретые в топке до температуры +350 °С. Сушка до влажности 8–10 % происходит практически моментально. После высушивания ил транспортируется по пневмоприводу в бункер, а газы отправляются на очистку в батарейный циклон. Производительность современных распылительных сушилок составляет 2 до 15 т/ч.

Сжигание осадков

Метод сжигания осадка используется при нецелесообразности их утилизации или отсутствии условий для их длительного складирования. Данная технология позволяет уменьшить объемы отходов в 80–100 раз. Однако перед сжиганием осадок должен пройти обработку, которая поможет снизить его влажность. Полный цикл предварительной обработки и сгорания обеспечивает специальное оборудование – барабанные, циклонные, распылительные, многоподовые печи или с кипящим слоем.

Печи кипящего слоя. Данный тип оборудования представляет собой большой футерованный цилиндр, оснащенный распределительной решеткой. На нее насыпают слой мелкого песка толщиной 0,8–1 м с частицами размером 0,6–2,5 мм. Процесс сжигания осадка в таких печах начинается с подачи нагретого воздуха через распределительную решетку, в результате чего образуется псевдоожиженный слой и поддерживается горение. Ил укладывается на слой песка, на котором происходит его подсушивание, истирание и сгорание при температуре +590…+780 °С. Продолжительность процесса – 1-2 минуты. Дымовые газы, пройдя теплообменник, направляются в циклон, где происходит отделение твердых частиц, после чего перемещаются на поверхностный, орошаемый водой абсорбер. Вода из абсорбера поступает в отстойник для отделения золы, далее ее осадок подается на вакуум-фильтр. После этого фильтрат и вода из отстойника возвращаются в абсорбер. Полученная в процессе сжигания осадков зола может использоваться как минеральное удобрение или сырье для изготовления стройматериалов.

Многоподовые печи. Представляют собой крупный футерованный цилиндр диаметром до 6–8 метров. Пространство топки в таких печах разделяется на 7–9 подов горизонтального типа. В центральной части устанавливается вращающийся полый вал с радиально закрепленными гребковыми элементами. Осадок, подлежащий сжиганию, подается в верхнюю камеру установки, после чего он перемещается вниз через отверстие в подах. В верхних камерах печи осадок проходит предварительное подсушивание, а в средних практически полностью сгорает.

Барабанные печи. Такие установки имеют вид вращающегося наклонного барабана, который оснащен выносной топкой. Она необходима для сжигания жидкого и газообразного топлива. После обезвоживания осадок загружается через специальное отверстие в барабан и сжигается в зоне горения.

Распылительные и циклонные печи, как правило, применяются для утилизации жидких и твердых осадков с мелкодисперсной структурой, которые для эффективного сжигания распыляются в камере горения.