ВКР Киселевой Марины. Утилизация осадков сточных вод на очистных сооружениях пао Северский трубный завод
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
4. Проектные решения по утилизации осадков сточных вод на очистных сооружениях В данном проекте предлагается провести реконструкцию станции аэрации и биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. На иловые площадки после очистки сточной воды поступает большое количество осадков – 57,5 т/ч, в том числе осадки, поступающие из первичных отстойников – 1,8 т/ч и избыточного активного ила – 55,7 т/ч. Однако ограниченная территория для размещения осадков обусловливают актуальность реализации технологии дополнительной обработки осадков с целью уменьшения их объема. Предлагается утилизация осадков сточных вод путем включения в технологию очистки сточных вод стадию анаэробного сбраживания осадков в метантенках с последующим обезвоживанием на центрифуге и обеззараживанием. После такой обработки осадок может использоваться в качестве компоста. На предприятии действует флотационный илоуплотнитель избыточного активного ила, который поступает на уплотнение из вторичных отстойников. Сырой осадок из первичных отстойников, по действующей схеме, отводят на иловые площадки. Поскольку в данном проекте предлагается анаэробное сбраживание всего образующего на очистных сооружениях осадка, то целесообразно сырой осадок направлять вместе с избыточным активным илом в илоуплотнитель. Чтобы обеспечить большую степень уплотнения и наименьшее содержание взвешенных веществ в подиловой воде предлагается заменить действующий круглый флотационный илоуплотнитель на горизонтальный. 4.1 Сбраживание осадков Для сбраживания осадков используют метантенк. Сбраживание может происходить в двух температурных интервалах: температура мезофильного сбраживания 30 – 38 °С; температура термофильного сбраживания 50 – 60 °С. Стабилизация осадков сбраживанием имеет следующие достоинства: обезвоживаемость стабилизованного ила значительно лучше, чем необработанного; при сбраживании образуется горючий газ, который может использоваться в качестве топлива; в результате сбраживания значительно сокращается количество обезвоживаемого и впоследствии складируемого осадка; в связи с герметичностью метантенка легко справиться с неприятным запахом, который образуется при обработке осадка. Недостатком термофильного сбраживания является низкая водоотдающая способность сброженного осадка, что требует его промывки при последующем механическом обезвоживании. В свою очередь, мезофильный режим сбраживания не обеспечивает обеззараживания осадка, требует больших объемов метантенков, но позволяет получить сброженный осадок, лучше поддающийся последующему обезвоживанию. С экономической точки зрения самым значительным недостатком термофильного технологического способа является более высокая потребность в тепловой энергии, которая по сравнению с мезофильным способом, приблизительно в два раза больше. Однако, термофильный режим сбраживания, в основном применяемый в нашей стране, имеет преимущества перед мезофильным, так как заканчивается примерно в 2 раза быстрее, за счет чего позволяет уменьшить объемы метантенков. Кроме того термофильный режим обеспечивает глубокое обеззараживание осадков не только от патогенной микрофлоры, но и от гельминтов. При термофильном сбраживании достигается полная дегельминтизация осадка, тогда как в условиях мезофильных температур погибает лишь 50– 80 % яиц гельминтов. С учетом вышеуказанных аргументов «за» и «против» в рамках данной модернизации можно считать, что более выгодным является применение термофильного процесса сбраживания [1]. В процессе сбраживания осадков выделение газа неравномерно. Для поддержания постоянного давления в газовой сети на тупиковых концах ее устанавливают аккумулирующие газгольдеры. Для приема газа из метантенков используют мокрые газгольдеры, каждый из них состоит из резервуара, заполненного водой, и колокола, перемещающегося на роликах по направляющим. Вес колокола уравновешивается противодавлением газа. Благодаря этому при изменении объема газа под колоколом давление в газгольдере и газовой сети остается постоянным. 4.2 Обезвоживание и обеззараживание сброженного осадка Обезвоживание проводится на действующей центрифуге. Обеззараживание предлагается проводить на установках по дегельминтизации, которая состоит из ленточного конвейера с приемным бункером и газовых горелок инфракрасного излучения. Для создания слоя осадка толщиной 10– 25 мм бункер оборудован подвижными стенками и регулировочными валами. При движении по конвейеру осадок нагревается до температуры 60– 65 оС [1]. Схема установки по дегельминтизации осадков приведена на рисунке 4.1.  Рисунок 4.1 – Схема установки по дегельминтизации осадков 1 — приемный бункер; 2 — подвижные стенки бункера; 3 — регулировочные валы; 4 — металлическая лента транспортера; 5 — газовые горелки инфракрасного излучения; 6 — вытяжной зонт; 7 — транспортер обработанного осадка 4.3 Утилизация биогаза Ожидаемая теплотворная способность биогаза, возникающая в процессе сбраживания осадка, составляет 22,68 МДж/м3. Эту энергию биогаза следует использовать, во-первых, для поддержания теплового режима метантенков, а во-вторых, для восполнения тепловых потерь метантенков. Избыточная энергия может быть свободно использована либо при сжигании газа в котлах, либо при использовании биогаза в качестве топлива в двигателе [2]. 4.4 Описание предлагаемой технологической схемы Избыточный ил из вторичных отстойников и сырой осадок из первичных отстойников направляются в аккумулирующий резервуар. Далее из резервуара осадок насосами подается в напорный бак, куда также подается воздух под давлением. Флотационный илоуплотнитель состоит из флотореактора и флоторазделителя, размещенных в одном прямоугольном корпусе, разделенном продольными вертикальными перегородками на сообщающиеся секции I, II, III. Осадок, насыщенный воздухом, подается через дросселирующее устройство в флотореактор, где в результате снижения давления происходит выделение пузырьков воздуха, образующих с хлопьями активного ила флотокомплексы, которые всплывают на поверхность во флоторазделителе, откуда в виде флотационной пены собирают скребковым механизмом в сборный лоток и поступают на дальнейшую обработку. Подиловая вода из I секции флоторазделителя перетекает во II секцию, а из секции II в III и сливается в сборный карман после III секции. Таким образом, подиловая вода предыдущих секций участвует во флотационном разделении ила последующих секций. Осадок подают в верхнюю зону метантенка, а выгружают из самой нижней точки днища. Максимальное удаление друг от друга трубопроводов подачи и выгрузки предотвращает попадание несброженного осадка в выгружаемую массу. Кроме того, при постоянной выгрузке сброженной массы из нижней части удается замедлить процесс накопления песка, который вместе с осадком из первичных отстойников попадает в метантенк. В метантенках тепло расходуется непосредственно на подогрев загружаемого осадка до необходимой расчетной температуры, на возмещение потерь тепла, уходящего через стенки, днище и перекрытие метантенка, на возмещение потерь тепла, уносимого с отводимым из метантенка газом. В данном проекте подогрев осадка осуществляют острым паром. Пар низкого давления с температурой 110– 112ºС подается во всасывающую трубу насоса при подаче и перемешивании осадка или непосредственно в метантенк через паровой инжектор. Инжекторы устанавливаются в каждом метантенке. Забирая в качестве рабочей жидкости осадок из метантенка и подавая смесь его с паром снова в метантенк, паровой инжектор обеспечивает и подогрев осадка в частичное перемешивание бродящей массы. Обобщенная принципиальная схема подогрева осадка для анаэробного сбраживания представлена на рисунке 4.2. Установка на линии выпуска сброженного осадка рекуперативного теплообменника типа "осадок-осадок" обеспечивает использование теплоты сброженного осадка для частичного подогрева осадка, подаваемого в метантенк, что сокращает расход энергии котельной установки на сбраживание осадков. Применение на второй ступени подогрева теплообменника типа "вода-осадок" обеспечивает дополнительный нагрев осадка.  Рисунок 4.2 – Принципиальная схема подогрева осадка для анаэробного сбраживания 1 – загрузка осадка; 2 – паровой инжектор; 3 – метантенк; 4 – теплообменник "осадок-осадок"; 5 – пар; 6 – биогаз; 7 – котельная; 8 – горячая вода; 9 – теплообменник "вода-осадок"; 10 – охлажденная вода; 11 – подогретый осадок; 12 – сброженный осадок Перемешивание бродящей массы обеспечивает ее однородность во всем объеме метантенка. При загрузке холодного осадка в верхнюю зону метантенка, он как более холодный устремляется вниз. Одновременно пузырьки выделяющегося газа поднимаются вверх. В результате происходит перемешивание бродящей массы в вертикальном направлении. Если метантенк оборудован инжектором, его работа приводит к перемешиванию осадка в горизонтальной плоскости. Однако эти процессы, сопровождающие процесс сбраживания, не могут обеспечить полного перемешивания содержимого метантенка. Для полного перемешивания используют специальные системы перемешивания. Предлагается использовать пропеллерные мешалки. Для сбора газа на горловине метантенка устанавливают газовые колпаки. Для транспортирования газа прокладывается специальная газовая сеть из стальных труб с усиленной противокоррозионной изоляцией. В процессе сбраживания осадков выделение газа неравномерно. Для поддержания постоянного давления в газовой сети на тупиковых концах ее устанавливают аккумулирующие газгольдеры. Обезвоживание осадка происходит на центрифуге. Для интенсификации процесса обезвоживания применяется высокомолекулярный катионный флокулянт «Праестол».Конечный продукт обезвоживания – кек. Осветленная жидкая фаза (фугат) через сливные отсеки кожуха центрифуги самотеком отводится в бак фугата. Фугат не должен содержать взвешенных веществ более 1 г/л и его следует направлять в аэротенк. Осадок, обезвоженный в центрифугах, транспортером подается в бункер, в нижней части которого имеются ролики, формирующие слой осадка определенной толщины. Толщина слоя осадка может регулироваться в пределах 10– 25 мм. При движении по металлическому транспортеру осадок прогревается газовыми горелками инфракрасного излучения, вследствие чего происходит его обеззараживание и дополнительное снижение влажности на 2– 5 %. Для обеззараживания осадка его температура должна повышаться до 60 °С. Камеры дегельминтизации предназначены для обеззараживания механически обезвоженных осадков на станциях аэрации производительностью до 20– 30 тыс. м3/сут сточных вод. Осадок, прошедший дегельминтизацию, может утилизироваться в качестве удобрения. 5. Расчет сооружений обработки осадков 5.1 Расчет горизонтального флотационного илоуплотнителя: Расчет проведен по методике, изложенный в СНиП 2.04.03-85 [4]. Исходные параметры для расчета являются: расход осадка Qi = 57 м3/ч в том числе избыточного активного ила = 55,7 м3/ч и сырого осадка из первичных отстойников = 1,8 м3/ч; начальная концентрация осадка С0 = 6 кг/м3; иловый индекс Ii = 0,252 м3/кг (252 см3/г). Исходные данные приняты по данным предприятия [3]. В результате расчета определяются геометрические размеры уплотнителя. При расчете уплотнителя принимают количество ступеней – 3. Расход осадка на один уплотнитель не должен превышать 100 м3/ч. Высоту зоны осветления Hp принимают равной 0,8 – 1,5 м, высоту зоны уплотнения: Hу = 0,8 – 1,5 м, высоту нейтральной зоны: Hn = 0,4 – 0,5 м, высоту борта: Hв = 0,3 – 0,5 м. Нр = 1,5 м, Ну = 1м, Нn = 0,5 м, Нв = 0,3 м. Для расчета принимаем концентрацию уплотненного ила Cy= 50 кг/м3,удельный расход воздуха 10 л/кг твердой фазы, концентрацию ила в подиловой воде 50 мг/л, скорость потока ила в зоне осветления vω = 4 мм/с. Расход ила на первую ступень уплотнения рассчитывается по формуле, м3/ч: Q'i = Qi/3, (1) Q'i = 57/3 = 19 м3/ч. Длина флоторазделителя lp будет равна: lp =  , (2)где Kp и u - принимаем по СНиП 2.04.03-85 [3]; Kp - коэффициент, принимаемый по таблице 50 СНиП 2.04.03-85 [3] в зависимости от концентрации ила, Kp = 0,3; u – скорость всплывания флотокомплексов, принимается по таблице в зависимости от значения илового индекса, u = 3,1 [3]; Kset– коэффициент использования объема 0,8 при наличии устройств для равномерного распределения и 0,5 при их отсутствии; vtb– турбулентная составляющая скорости потока 0,01 – 0,05 при 10-2 м/с (vtb = 0,03). lp =  = 6,1 м.Принимая длину флоторазделителя, равную 6 м, и подставив в формулу, получим рабочую длину флотоуплотнителя. Длина уплотнителя рассчитывается по формуле: Lbl = lp + lf + b, (3) где lp– длина флоторазделителя, м; lf– длина флотореактора, принимается равной 0,6 м; b – ширина сборного лотка 0,2 м. Lbl = 6,1 + 0,6 + 0,2 = 6,9 м. Определим производительность и ширину коридоров первой, второй и третьей ступеней флотатора. Для этого рассчитаем расход подиловой воды. Расход подиловой воды из первой ступени равен: Q’nb=  , (4)Где  – расход ила на первую ступень уплотнения, м3/ч;Cy– концентрация уплотненного ила, принимается 40 - 60 кг/м3; C'i– концентрация ила, поступающего на уплотнение, кг/м3; Cw– концентрация ила в подиловой воде, кг/м3. Q’nb =  = 16,7 м3/ч.Общий расход, поступающий на вторую ступень составит: Q"s = Q'i+ Qnb = 19 + 16,7 = 35,7 м3/ч, (5) Ширина коридора первой ступени будет равна: B1 =  (6)B1 =  Ширина второй и третьей ступеней определяется с учетом расхода поступающей на них жидкости. B2 =  Общий расход, поступающий на третью ступень составит: Q'''i= Q''i+ Qnb= 35.7 + 16,7 = 52.4 м3/ч, (7) Ширина коридора третьей ступени будет равна: B3 =  Общая высота флотационного уплотнителя H принимается конструктивно, м: H = Hp + Hy + Hn + Hb, (8) Н = 1,5 + 1 + 0,5 + 0,3 = 2,8 м. Количество уплотненного осадка 6 т/ч, влажностью 95 %; Количество надиловой воды 51 м3/ч. 5.2 Расчет метантенка Метантенк рассчитывается для вычесления количества образующихся осадков и степени распада беззольного вещества осадков [1]. Исходные данные, полученные на выходе илоуплотнителя: Расход осадка: с влажностью 95 % Qобщ = 6 т/ч = 144 т/сут ; по сухому веществу Qсух = 321 кг/ч = 7,7 т/сут. Получаем, что расход осадка составляет Qобщ = 6 т/ч = 144 т/сут. Количество абсолютно сухого беззольного вещества осадка определяют по уравнению:  , (9)где  – гигроскопическая влажность осадка и активного ила в % (равна в среднем 5 – 6 %); – зольность абсолютно сухого вещества сырого осадка и активного ила в %. Зольность абсолютно сухого вещества сырого осадка  = 27 %, активного ила Зил = 25%. Поскольку на уплотнение пошло значительно больше активного ила, чем сырого осадка, принимаем Зос = 25%.  т/сут.Необходимый объем метантенка определяется по формуле:  , (10)где D – суточная доза загрузки в метантенк, при термофильном режиме и влажности 95 % принимается 17.  м3.Для обработки осадка принимаем один метантенк с полезным объемом резервуара Vф = 1000 м3. Диаметр 12,5 м. Высота верхнего конуса = 1,9 м, высота цилиндрической части = 6,5 м, высота нижнего конуса = 2,15 м. Фактическая доза загрузки, %:  , (11)где n – число метантенков.  %.Распад беззольного вещества определяется по формуле:  , (12)где а – предел сбраживания беззольного вещества загружаемого осадка. Для сырого осадка принимается равной 53 %, для избыточного активного ила равной 44 %. Поскольку на уплотнение пошло значительно больше активного ила, чем сырого осадка, принимаем а = 44 %. 𝜂 – коэффициент, зависящий от влажности осадка, принимается при термофильном режиме и влажности осадка 95 % равным 0,31.  .Выход газа из метантенка: Принимаем равным 1 г на 1 г распавшегося беззольного вещества осадка. Плотность газа ρ = 1 кг/м3. Удельный выход газа определяется по формуле:  , (13) м3/кг.Суммарный выход газа определяется по формуле:  , (14) м3/сут. |