С. С. Душкин, Г. И. Благодарная
 Скачать 1.21 Mb.
|
|
Подготовка осадков к обезвоживанию. Подготовку осадков для обезво- живания проводят с целью увеличения влагоотдачи коагуляцией, флокуляцией, peaгeнтно-тепловой и тепловой обработкой. Коагуляция . Обычно частицы осадков городских сточных вод имеют от- рицательный заряд, ξ -потенциал их растет по абсолютному значению при дли- тельном хранении и уплотнении. Изоэлектрическая точка органических осадков находится в области рН=4÷5. Введение коагулянтов FeCl 3 , AICl 3 , FeS0 4 способствует сдвигу рН в кис- лую область и нейтрализации ξ -потенциала. Этого можно достигнуть также путем введения кислоты и коагулянта либо одной кислоты. Белковые системы в осадке самопроизвольно коагулируют при рН=4÷5. Весьма сложно предсказать заранее условия коагуляции и дозировку реагентов. Условия устанавливаются экспериментально на лабораторном стенде. Определяя скорость уплотнения либо изменение удельного сопротивления осадка фильтрации, находят оптимальные дозы реагентов и условия хлопьеоб- разования. Сбраживание осадков в метантенках повышает рН иловой воды до 8-8,5 за счет гидратной и карбонатной щелочности, отодвигая систему от изоэлектриче- ской точки. Сброженные осадки промывают технической (очищенной) водой, удаляя избыток щелочности и тонкодисперсные частицы, обладающие высоким зарядом. Промывка снижает затраты реагентов, но оказывает неблагоприятное воздействие на очистку сточных вод, увеличивая дополнительные загрязнения по БПК и неосаждающимся взвесям на аэротенка; тем самым инициируется по- вышенный прирост ила. Высокое содержание аммонийного азота (600-800 мг/л) в иловой воде также увеличивает содержание азота в поступающих стоках, причем весьма существенно (на 6-8 мг/л при обычной его концентрации 25-30 мг/л). В условиях жесткого нормирования качества очищенной воды возврат промывных вод и проведение промывки в целом нежелательны. Усредненные дозы хлорного железа составляют 1,5-3% для сырого осадка первичных отстойников и 3-4% для сброженного, 6-9% - для избыточного уп- 165 лотненного активного ила и 3-5% - для сырой смеси. Коагуляция неуплотнен- ных продуктов снижает расход реагентов. Сброженная и промытая смесь осад- ков требует добавки 4-6% хлорного железа по сухому веществу осадка. Упрочнение (сжатие) сформировавшихся хлопьев коагулянта и повыше- ние водоотдачи осадков наблюдается при введении извести. Частицы извести образуют механическую структуру (скелет) осадка, пластичность его снижает- ся, лучше проходит фильтрация и отжим воды прессованием. Усредненные до- зы извести принимают равными 6-10 и 17-25% соответственно для сырых осад- ков первичных отстойников и избыточного ила, 9-13% для сырой и 12-20% для сброженной промытой смеси осадков. В совокупности влияющие факторы све- дены в формулу И. С. Tуровского по определению дозы коагулянта D (%): ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + = ) 001 , 0 ( R Щ C W K D , (13.4) где R - удельное сопротивление, cм/г: R=r ·10 10 − ; W - влажность осадка, %; С - концентрация сухого вещества в осадке, %; Щ - щелочность исходного осадка, мг/л. Коэффициент К отражает свойства коагулянта и осадка при их взаимодей- ствии. В случае использования одного коагулянта - хлорного железа для сырых и сброженных осадков К=0,25. В сочетании коагулянта с известью значение К=0,25 для сброженных осадков и К=0,30 для сырых, включая избыточный ак- тивный ил. Сульфат алюминия уступает хлорному железу в интенсивности снижения удельного сопротивления и продуцирует кек повышенной влажности. Флокулянты возможно подавать дробно - 50 % на стадии уплотнения и 50% на обезвоживании либо полностью на стадии подготовки к обезвоживанию. Камерой хлопьеобразования в схемах вакуум-фильтрации является корыто фильтра, снабженное мешалкой. Такой камеры нет в пресс-фильтрах, а должны быть предусмотрены соответствующие мероприятия по хлопьеобразованию и защите хлопьев от разрушения при транспорте скоагулированного осадка. 166 Реагентно-тепловая обработка . Относительно быстрое и существенное снижение удельного сопротивления фильтрации сырых осадков достигается при снижении рН до изоэлектрической точки и упрочнении хлопьев осадка тепловой обработкой. Избыточное введение кислоты приводит к перезарядке частиц и ухудшению влагоотдачи. Более рационально вести процесс с меньшими дозами кислоты, не достигая изоэлектрической точки, а формирование и упрочнение хлопьев производить добавкой коагулянтов и тепловой обработкой. Таким образом, возможный вариант обработки сырых осадков будет включать добавку кислоты (серной, как наиболее дешевой) для понижения рН до 4,5-5 с одновременным введением хлорного железа либо железного купороса, нагрев осадка в течение 2-3 мин до температур 65-80 С о . За счет тепловой обработки рН смеси повыша- ется в среднем на единицу. Нейтрализацию осадка ведут добавкой извести (при вакуум-фильтровании), частью иловой воды либо сброженной смеси после ме- тантенков (при центрифугировании и пресс-фильтровании). Для нагревания осадка возможно использовать спиральные либо трубчатые («труба в трубе») теплообменники, пароэжекционные установки. Получаемый кек имеет рыхлую структуру, его общий объем сокращается на 30% за счет понижения влажности (по сравнению с реагентной обработкой). Тепловая обработка гарантирует обеззараживание и дегельминтизацию кека и иловой воды. Реагентно-тепловая обработка сброженной смеси требует повышенного расхода кислоты на нейтрализацию гидратно-карбонатной щелочности. В этом случае применяют меры по снижению щелочности путем промывки осадка очищен- ной водой либо технологию минерализации осадков, например, путем одновре- менного сбраживания и аэробной стабилизации различных потоков. Возможны и другие варианты ликвидации вредного воздействия аэробного сбрасывания на влагоотдачу осадков, основанных на использовании отходов промышленности. Тепловая обработка . Общеизвестная схема тепловой обработки осадка при температуре 190-210 о С требует больших затрат энергии, продуцирует зна- чительное количество вторичных растворенных загрязнений в иловой воде -до 8-10 г/л по БПК, предъявляет высокие требования к надежности и безопасности 167 работы оборудования. Большей гибкостью обладают схемы двух- ступенчатого подогрева с промежуточным отделением иловой воды. Учитывая наличие вы- соконапорного оборудования и повышенных температур, эксплуатацию уста- новок ведут по специальным инструкциям, разрабатываемым применительно к каждому объекту (очистной станции). Обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах. Производительность фильтров устанавливается по сухому веществу осадка, без учета количества добавляемого вещества с коагулянтами и известью. Формирование слоя осадка на поверхности фильтровальной ткани зависит от свойств обезвоживаемой массы, величины вакуума и скорости вращения фильтра. Свойства осадков достаточно полно описываются показателем удельного сопротивления фильтрованию. Путем подбора дозы коагулянтов и извести снижают удельное сопротивление до (50- 60)·10 10 cм/г, что считается минимально достаточным для работы. Низкое со- противление осадка улучшает процесс обезвоживания, но при этом обычно рез- ко увеличивается расход реагентов и энергии. Перемешивание осадка с коагулянтами достигается в отдельных смесите- лях (коагулянта и извести), хлопьеобразование осуществляется в корыте ваку- ум-фильтра. Перемешивание массы в корыте регулируется так, чтобы не про- исходило дробления хлопьев и повышения удельного сопротивления. Оптимальные условия хлопьеобразования устанавливают эксперимен- тально и периодически проверяют. Для этого заливают в корыто осадок с вне- сенными реагентами и перемешивают при неработающем барабане, проверяя через заданные интервалы времени удельное сопротивление осадка (и произво- дительность вакуум-фильтрования на наливной воронке). Меняя параметры пе- ремешивания и длительность пребывания осадка в корыте, определяют опти- мальные условия для заданной производительности фильтра. Толщина слоя кека и его влажность связаны с величиной вакуума и часто- той вращения барабана. Приближенно рекомендуется скорость вращения бара- бана сочетать с удельным сопротивлением осадка, принимая продолжительность вакуум-фильтрования t вф пропорциональной удельному сопротивлению, по со- 168 отношению типа t вф = α r, в котором r, принимается в пределах (20-50)·10 10 cм/г, а t вф - от 1,5-2 до 6 мин. Поскольку время вакуум-фильтрации четко увязано с продолжительностью одного оборота барабана t б , то можно использовать зави- симость t б =0,15r, при максимальной величине вакуума 500 мм рт. ст. Существенная роль принадлежит извести в формировании жесткого ске- лета в осадке, способствующего повышению влагоотдачи и формированию слоя кека. В условиях образования тонкогo слоя влажного мажущегося кека це- лесообразно, помимо изменения прочих параметров, увеличить дозу извести. Поддержание необходимой величины вакуума в секциях фильтра зависит от тщательности укладки фильтровального полотна на барабан. Неплотности, мелкие порезы и прорывы ткани весьма существенно снижают перепад давле- ния и производительность фильтра. Интенсивность отдувки ткани и кека от ба- рабана фильтра связана со свойствами кека и установкой ножа. Вязкий, мажущийся кек плохо снимается с поверхности ткани. Средствами отдувки улучшить его съем трудно, значительно быстрее это происходит при введении в осадок структурных примесей, в том числе влагопоглощающих. В промышленности в таких случаях применяются фильтры с намывным слоем, создающим благоприятные условия для фильтрации осадка и отторжения eгo от ткани. Забивание пор ткани, повышение ее сопротивления фильтрации требуют ежедневной промывки ее чистой водой. Фильтры со сходящим полотном имеют систему непрерывной регенерации ткани. В обычных фильтрах ткань моют в растворах моющих средств, продувают воздухом, производят механическую очистку щетками. Сцепление частичек осадка с тканью в порах обусловлено структурой гидроокисного скелета и зерен извести, в связи с чем растворение структуры кислотой (с ингибитором коррозии) положительно влияет на отмыв- ку фильтроткани. Частоту кислотной обработки ткани устанавливают экспери- ментально, в среднем режим отмывки составляет 1 раз в 3-4 сут. Способы уда- 169 ления примесей из тела ткани могут быть самыми разнообразными в зависимо- сти от наличия peaгeнтов, материалов, приспособлений. Пуск и остановка вакуум-фильтров производятся в определенной после- довательности. Вначале запускают вакуум-насосы и воздуходувки по общепри- нятой схеме, затем подают осадок в корыто и по заполнении его (на 30-40 % от диаметра барабана) плавно открывают задвижки на линии вакуума и сжатого воздуха. Усредненные расходы воздуха: 0,5 м 3 /м 2 , мин - на линии вакуума и 0,1 - 0,2 м 3 /м 2 мин - на линии сжатого воздуха (давление 0,02 МПа). Тонкую регулировку процесса проводят по толщине кека и его влажности. При остановке фильтра дорабатывают часть жидкого осадка в корыте, остаток сливают в приемный резервуар насосной станции, промывают корыто чистой водой, затем на чистой воде промывают фильтровальную ткань, сливают остаток воды, просушивают ткань, после чего выключают привод барабана, закрывают задвижки и останавливают вакуум-насосы, воздуходувки и насосы фильтрата. Производительность фильтров оценивается по сухому веществу осадка, поэтому важен тщательный учет объема, влажности и зольности осадка. Произ- водительность вакуум-фильтра может быть определена по формуле (кг/м 2 ч) MR W mP W и и 0 k k ) 100 ( W W - 100 0,24 L η ρ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = , (13.5) где W и , W к - влажность исходного осадка и кека, %; m - время действия вакуума, % от общей продолжительности фильтроцик- ла; М - время одного оборота барабана, мин; Р - величина вакуума, мм рт. ст.; ρ - плотность осадка, т/м 3 ; 0 η - вязкость фильтрата, сПз; R - удельное сопротивление осадка фильтрации, cм/г. Интенсификация работы вакуум-фильтров связана главным образом с ус- ловиями работы предыдущих узлов (стабилизации осадков и их кондициониро- 170 вания). В качестве мер, снижающих удельное сопротивление фильтрации, возмож- но рекомендовать отказ от сбраживания части осадков, уплотнение сброженной смеси с удалением либо аэробной стабилизацией иловой воды, кислотную об- работку (понижение рН) сброженных осадков с целью снижения ζ-потенциала. Обезвоживание осадков на центрифугах. Характеристики непрерывно действующих осадительных горизонтальных центрифуг со шнековой выгруз- кой обезвоженного осадка типа ОГШ приведены в табл. 13.1 Износ шнеков противоточных центрифуг менее интенсивен, чем у прямо- точных, поэтому они используются преимущественно при безреагентном цен- трифугировании, при котором требуется более высокий фактор разделения. Таблица 13.1 - Техническая характеристика центрифуг типа ОГШ для обез- воживанния осадков сточных вод Противоточные Параметры 352К-03 502К-04 501К-10 631К-02 Прямо- точная 1001К-01 Расчетная производитель- ность, м 3 /ч без флокулянтов с флокулянтами 4-8 1-3 6-12 1-3 15-25 8-15 20-40 15-25 50-80 35-60 Наибольший диаметр ро- тора D, мм 350 500 500 630 1000 Длина ротора L, мм 1000 900 1800 2370 3600 Отношение L/D 2,8 1,8 3,6 3,7 3,6 Максимальная частота вращения ротора, тыс. мин 1 − 4,0 2,6 2,6 2,0 1,0 Максимальный фактор разделения n 2 D/1800 3100 1950 1950 1400 555 Мощность электродвига- теля, кВт 28 28 75 90 100 Масса, т 1,4 1,8 8,0 12,0 17,0 Надежность работы центрифуг и повышение срока их службы во многом зависит от выделения из обезвоженного осадка крупных и абразивных включе- ний. Содержащийся в осадке песок, не задержанный песколовками, является основной причиной износа шнеков центрифуг. По данным, шнеки, изготовлен- ные из стали Х18Н10Т, существенно изнашиваются через 1,5-3 тыс. ч работы. 171 Применяя наплавку шнеков стеллитом, увеличивают срок их службы до 5-7 тыс. ч, а напылением карбидом вольфрама - до 12-15 тыс. ч. Поскольку стоимость шнека довольно значительна (30% стоимости центрифуги), практи- куется периодическая замена шнеков, реставрируемых в заводских условиях. Для увеличения межремонтного периода работы шнеков особенно тща- тельно должны эксплуатироваться песколовки, изыскиваются возможности их реконструкции с целью задержания частиц песка крупностью до 0,15 мм либо устанавливаются гидроциклоны для выделения песка из осадка. Отбросы и тряпки должны эффективно задерживаться на решетках. По опыту центральной станции аэрации Санкт-Петербурга, устойчивость работы центрифуг возросла после установки решеток на линии cыpoгo осадка, подаваемого в цех обезвоживания. Основными технологическими показателями, характеризующими работу центрифуг, являются эффект η задержания cyxoгo вещества (С. В.), концентра- ция кека С к и объемная производительность Q. Для оценки работы измеряются расход центрифугируемых осадков Q, концентрация (или влажность) исходного осадка С о , кека С к и фугата С ф , расход флокулянта, затраты электроэнергии. Фактическое значение η вычисля- ется по данным измерений (размерность - доли единицы): [ ] ) ( ) ( ф к о ф о к С С С С С С − − = η (13.6) Количество фугата Q ф и кека Q к удобно вычислять по формулам: ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ η = к о ф С С - 1 Q Q , (13.7) к о к С С Q Q η = (13.8) В случае износа шнека η понижается, и загрязненность фугaтa, возвращаемоrо на очистку в голову сооружений, возрастает. Дополнительный 172 расход очищаемого в этом случае фугaтa Q экв эквивалентный по загрязненности исходным сточным водам, может быть определен по формуле ( ) СТ н о экв С QC Q η − η = , (13.9) где η н - эффект задержания cyxoгo вещества центрифугой с нормальным, неиз- ношенным шнеком (принимается по данным наладки или эксплуата- ции центрифуг). Зная фактическую себестоимость очистки сточных вод на станции, можно оценить дополнительные затраты на очистку фугата Q экв , вызванные износом шнека. Технологические показатели работы центрифуг зависят от конкретных свойств осадков. Безреагентное обезвоживание на противоточных центрифугах типа ОГШ (с обычным шнеком) смеси сырых или сброженных осадков позволяет задер- живать 20-40 % твердых примесей при влажности кека 65-80 %. Высокая сте- пень загрязненности фугaтa требует дополнительной его обработки. Добавление к осадкам флокулянтов позволяет повысить эффект задержа- ния cyxoгo вещества до 93-98%, что устраняет необходимость очистки фугата; потребные дозы флокулянтов D фл при этом составляют 2-5 кг/т массы cyxoгo вещества. В среднем дозы флокулянтов на подготовку к центрифугированию сброженных осадков несколько выше, чем для сырых осадков. Эффективность работы центрифуг даже при обработке одного и тoгo же типа осадка может су- щественно отличаться в зависимости от состава поступающих сточных вод, принятой технологической схемы, режима работы сооружений, типа флокулян- та, условий eгo смешения с осадком, конструкции и режима работы цeнтрифуг. Фактор разделения центрифуг с ротором диаметром от 35 до 60-80 см при безреагентном центрифугировании составляет Ф=2500÷1000. При этом мень- шие значения Ф соответствуют более крупным центрифугам. Увеличение Ф обусловливает в определенной степени повышение η и С к Однако, например, при центрифугировании осадков первичных отстойников увеличение 173 Ф>1200÷1400 становится нецелесообразным, так как при этом η и С к изменя- ются незначительно. При центрифугировании активнoгo ила увеличение Ф обеспечивает, как правило, существенное повышение η и снижение С к При обезвоживании осадков с применением флокулянтов скорость осаж- дения частиц резко возрастает, в связи с чем появляется возможность и целесо- образность снижения Ф до 500÷1000 и использования крупногабаритных цен- трифуг. При уменьшении Ф легче обеспечить плавный ввод сфлокулированно- го осадка, в результате чего уменьшается разрушение хлопьев, несколько со- кращается расход флокулянтов и увеличивается срок службы шнека центрифуг. Исследованиями, проведенными в нашей стране и за рубежом, установле- но, что наибольшая эффективность задержания cyxoгo вещества достигается на прямоточных центрифугах. Этот вывод подтверждается также исследованиями и опытом эксплуатации прямоточных центрифуг с роторами диаметром 350, 450, 900 мм в Санкт-Петербурге. Ниже приведены технологические показатели работы прямоточных цен- трифуг, обобщенные центральной лабораторией управления «Водоканал» Санкт-Петербурга. Исследования показали, что осадки лучше обезвоживаются при пониже- нии содержания в них активного ила. Результаты центрифугирования улучша- ются также с уменьшением величины илового индекса. Снижение прироста ила достигается улучшением работы первичных от- стойников (преаэрацией с добавкой избыточного активного ила), а также реге- нерацией ила, допустимым повышением дозы ила в системе «аэротенк- вторичный отстойник». Предотвращение загнивания ила и осадков при дли- тельном хранении или уплотнении улучшает влагоотдачу. Предварительное хорошее уплотнение осадков, повышение эффективно- сти центрифугирования сокращает объем обезвоживаемых осадков, расход электроэнергии и флокулянтов. Повышение зольности исходного осадка обу- словливает снижение влажности кека: на каждые 10 % увеличения зольности 174 соответственно сокращается влажность кека на 2-2,5 %. Наиболее легко регулируемыми в процессе эксплуатации параметрами яв- ляются доза флокулянта Д фл и производительность центрифуги Q. Доза флоку- лянтов, обеспечивающая эффект задержания сухой массы вещества: η ≥95÷96 %, специфична для различных видов осадков. При ≥ η 95÷96 % концентрация взвеси в фугате обычно ниже 2-2,5 г/л и возврат тaкoгo фугата в голову очист- ных сооружений практически не вызывает их перегрузку. Достижение более высоких значений η возможно за счет значительного увеличения Д фк В настоящее время практическое применение получило центрифугирование уплотненных сырых или мезофильно-сброженных смесей осадков первичных отстойников и избыточного активного ила. Результаты центрифугирования во многом зависят от состава осадков конкретных станций, от полноты и эффек- тивности процесса сбраживания. Необходимо подчеркнуть, что вследствие рас- пада части сухого беззольного вещества, обусловленного сбраживанием, общее количество центрифуг и потребляемых флокулянтов на станциях, где центри- фугируются мезофильно-сброженные осадки, ниже, чем на станциях, где обез- воживаются сырые осадки. Термофильно-сброженные осадки обезвоживаются значительно хуже, и улучшение технологических показателей их центрифугирования может быть достигнуто, при вакуум-фильтрации, путем их промывки и уплотнения перед обезвоживанием. При реконструкции действующих станций целесообразность тaкoгo мероприятия следует подтверждать технико-экономическими расчетами. Значительное различие в потребных дозах флокулянта наблюдается при обезвоживании осадков на центрифугах различных конструкций. Можно про- следить следующую зависимость - чем выше производительность, тем выше турбулентность, чем меньше продолжительность осветления осадка в роторе, тем большая доза флокулянта требуется для получения заданного эффекта за- держания cyxoгo вещества. 175 Потребность во флокулянтах обусловливает в основном эксплуатацион- ные затраты на центрифугирование осадков сточных вод, поэтому установле- ние оптимальных доз и типа флокулянта для данного вида осадка и типа цен- трифуги осуществляется путем проведения тщательных экспериментов. Следует заметить, что производительность центрифуги зависит также от объема жидкости в роторе, определяемого диаметром сливных отверстий фуга- та: чем больше объем заполненного осадком ротора (меньше диаметр слива), тем больше производительность центрифуги при одних и тех же значениях эф- фекта задержания cyxoгo вещества и концентрации кека. Учитывая, что износ центрифуг в значительной степени зависит от скоро- сти вращения ротора, т. е. от Ф, в процессе эксплуатации рекомендуется рабо- тать при минимально возможных значениях Ф. Технологические показатели центрифугирования существенно улучшаются при реагентно-тепловой обработке смеси сырых осадков (коагуляции, нагревании до 70-75 о С, флокуляции); при этом потребная доза флокулянтов снижается в 2-2,5 раза, концентрация кека возрастает на 6-8% при расходе коагулянтов FеСl 3 -6÷8 %, H 2 S0 4 -4÷5 %. Потребная доза негашеной молотой извести для нейтрализации кека составляет около 3 %. При такой обработке достигается дегельминтизация осадков. Обслуживание центрифуг проводят по инструкции завода-изготовителя. |