Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

441

Рис. II-86. Схемы установок для замораживания и оттаивания осадка: а — с

аммиачной холодильной машиной трубчатого типа: 1 — резервуары для замора-

живания, 2 — насос, 3 — вакуумный отделитель, 4 — компрессор, 5 — маслоотде-

литель, 6 — промежуточный теплообменник, 7 — резервуар для оттаивания; б —

барабанного типа: 1 — трубопровод, 2 — поддон, 3 — регулирующий нож, 4 —

барабан-испаритель, 5 — нож, 6 — решетка-конденсатор, 7 — регулирующий вен-

тиль, 8, 10, 11 — трубопроводы холодильного агента, 9 — ороситель, 12 — комп-

рессор, 13 — емкость

ние осадка. Далее жидкий аммиак через вакуум-отделитель возвра-

щают на охлаждение осадка.

Установка барабанного типа для замораживания и оттаивания

осадка представлена на рис. II-86, б. Замораживание идет на повер-

хности вращающегося барабана, который погружен в поддон с осад-

ком. Толщину слоя намораживаемого осадка регулируют ножом. За-

мороженный осадок снимают этим ножом и подают на решетку кон-

денсатора, где он оттаивает и через отверстия попадает в емкость.

442

Осадок

Осадок <

Рис. II-87. Схема установки жидкофазного окисления осадка: 1 — резерву-

ар; 2 — насос; 3.4 — теплообменники; 5 — реактор; 6 — сепаратор; 7 — компрессор

Холодильный агент циркулирует по трубопроводам. В период пуска

установки решетку дополнительно охлаждают водой из оросителя.

После оттаивания осадок уплотняют, а затем

подсу

шивают.

Жидкофазное окисление.

Су щность

метода заключается

окис-

лении органической части осадка кислородом воздуха при высокой

температуре и высоком давлении. Схема установки жидкофазного

окисления приведена на рис. 11-87.

В приемном резерву аре смесь сырого осадка и активного ила на-

гревают до температу

ры

45-50°С. Затем осадок через теплообмен-

ник поступает в реактор. Из реактора смесь продуктов окисления,

воздуха и золы направляют через теплообменник, где она отдает теп-

ло, в сепаратор, из которого осадок через теплообменник возвраща-

ется в приемный резервуар, а затем поступает на уплотнение и обез-

воживание. При обработке осадка влажностью

96%

выделяемого теп-

ла достаточно для поддержания заданного режима. Выделяющиеся

в сепараторе газы ИСПОЛЬЗУЮТ в турбогенераторе.

Обезвоживание осадков. Осадки обезвоживают на иловых пло-

щадках и механическим способом.

Иловые площадки — это участки земли (корты), со всех сторон

окруженные земляными валами. Если почва хорошо фильтрует воду*

и грунтовые воды находятся на большой глубине, иловые площадки

устраивают на естественных грунтах. При залегании грунтовых вод

на глубине до 1,5 м фильтрат отводят через специальный дренаж из

труб, а иногда делают искусственное основание. Рабочая глубина

площадок — 0,7-1 м. Площадь иловых площадок зависит от количе-

443

ства и структуры осадка, характера грунта и климатических усло-

вий. Иловую воду после уплотнения направляют на очистные соору-

жения.

В районах с теплым климатом для очистных сооружений произ-

водительностью более 10

ООО

/сут могут быть оборудованы пло-

щадки с поверхностным удалением воды. Они представляют собой

каскад из 4-8 площадок.

Иловые

площадки-уплотнители

сооружают глубиной до 2

м с

во-

донепроницаемыми стенами и дном. Принцип их действия основан

на расслоении осадка при отстаивании. При этом жидкость перио-

дически отводят с разных глубин над слоем осадка, а осадок удаля-

ют специальными машинами.

Механическое

обезвоживание осадков проводят на вакуум-филь-

трах (барабанных, дисковых, ленточных), листовых фильтрах,

фильтр-прессах, центрифугах и виброфильтрах.

На вакуум-фильтрах из осадков может быть удалено в среднем

80%, на дисковых — 90%, а на фильтр-прессах — 98% общего коли-

чества механически связанной воды. Производительность вакуум-

фильтров наиболее высокая. Выбор конструкции фильтра зависит

от технико-экономических показателей процесса.

Для эффективного обезвоживания осадков их предварительно об-

рабатывают химическими реагентами (CaO, FeCl

). Дозу реагента

определяют экспериментально

зависимости

от

удельного сопротив-

ления осадка: чем оно выше, тем больше реагента требу ется для сни-

жения удельного сопротивления осадка. При обезвоживании на ва-

куум-фильтрах доза извести (в

массы сухого вещества осадка) оп-

ределяют по формуле:

D - 0,3 (VR + VB/С+о,оо1 щ), (н.241)

где R — приведенное значение сопротивления осадка, см/г (R =

г-

г — удельное сопротивление осадка, см/г; В — влажность осадка, %;

с — концентрация сухого вещества осадка,

%; Щ

— щелочность осад-

ка до коагулирования, мг/л.

Доза

FeCl

составляет 30-40%

от дозы CaO,

вычисленной

по

формуле.

Установки механического обезвоживания осадков, кроме основ-

ных агрегатов, включают вспомогательное оборудование для подго-

товки осадков к обезвоживанию и транспортированию. На рис. 11-88

представлена установка для обезвоживания осадка на барабанных

фильтрах.

444

Трах: 1 — емкость; 2, 6 — насосы; 3 — дозатор; 4 —вакуум-фильтр; 5 — ресивер;

7 — вакуум-насос; 8 — воздуходувка; 9 — гидравлический затвор

Осадок из резервуара насосом через дозатор подают на фильтр,

куда поступают и реагенты. На поверхности вращающегося бараба-

на образуется уплотненный осадок, который удаляется сжатым воз-

духом. Фильтрат поступает в ресивер, где происходит разделение

воздуха и фильтрата. Фильтрат, содержащий от 50 до 1000 мг/л осад-

ка, смешивают с исходными сточными водами и подвергают совмес-

тной очистке.

Регенерацию ткани фильтра проводят сжатым ВОЗДУ ХОМ.

Установки обезвоживания с

фильтрами

других конструкций прин-

ципиально не отличаются от рассмотренного.

Обезвоживающие установки с центрифугами. Достоинствами

установки центрифугирования являются простота, экономичность,

низкая влажность обезвоженных осадков, легкость

управлении. Для

обезвоживания используют в основном шнековые центрифуги, про-

изводительность которых при обработке осадков из первичных от-

стойников составляет 8-30 м

/ч, а сброженных осадков 12-40 м

/ч.

Удельный расход энергии составляет 2,5-3,3 кВт-ч на

обрабаты-

ваемого осадка. Влажность обезвоженного осадка зависит от золь-

ности активного ила. Например, при зольности сырого активного

ила 28-35% влажность обезвоженного осадка составляет 70-80%,

при зольности 38-42% — 44-47%,

зольности 65-75% соответству-

ет влажность 50-70%.

Для обезвоживания осадков рекомендуют следующие технологи-

445

Осад он

Осадок

•04

2 3

Вода

Осадок

Осадок Осадок

Ил

Вода

-С

Осадок

Рис. II-89. Схемы установок обезвоживания осадков с применением цент-

рифуг: a — с раздельным центрифугированием осадков из первичного и вторич-

ного отстойников; б — с центрифугированием осадков первичных отстойников и

последующим аэробным сбраживанием фугата: 1 — первичные отстойники; 2 —

аэротенки; 3 — вторичные отстойники; 4 — центрифуги; 5 — минерализатор; 6 —

уплотнитель

ческие

схемы: 1)

раздельного центрифугирования сырого осадка пер-

вичных отстойников и активного ила; 2) центрифугирования осад-

ков первичных отстойников с последующим аэробным сбраживани-

ем фугата (рис. II-89).

По первой схеме фугат сырого осадка направляют в первичные

отстойники, а фугат активного ила использ\тот в качестве возврат-

ного ила в аэротенках. По этой схеме из состава очистных сооруже-

ний исключаются илоуплотнители. Время отстаивания в первичных

отстойниках увеличивается до 4-4,5 ч. На центрифугу подают весь

активный ил или его часть.

По второй схеме производят центрифугирование осадка первич-

ных отстойников с последующим аэробным сбраживанием фугата в

смеси

избытком неуплотненного активного ила. Продолжительность

сбраживания в минерализаторе 6-8 сут, а время уплотнения 6-8 ч.

Влажность уплотненного осадка — 97,5%.

Предусмотрено и центрифугирование уплотненной сброженной

смеси. Имеется также схема с центрифугированием сброженного

осадка с подачей фугата на иловые площадки.

Подбор центрифуг производят, исходя из пропускной способнос-

ти по исходному осадку П

исх

. Пропускная способность центрифуг по

обезвоженному осадку рассчитывается по формуле:

П - 10nriOO-w.jp л / (100-wJ, (11.242)

где w HW

исх к

влажность соответственно исходного и обезвоженно-

446

го осадка, %; р

ос

— плотность осадка, т/м

; г| — эффективность за-

держивания сухого вещества, %.

Для обезвоживания осадков рекомендуют использовать и сепа-

раторы, которые обеспечивают сгущение неуплотненного избыточ-

ного активного ила концентрацией 3,9-4,3 кг/м

до концентрации

54,7-71,8 кг/м

Термические методы обработки осадков. Сушку осадков про-

изводят в случае их подготовки к реку перации. Для сушки применя-

ют конвективные сушилки: барабанные, со встречными струями, с

кипящим слоем, распылительные. В качестве

СУ

ШИЛЬНОГО реагента

используют топочные газы, перегретый пар

или

горячий воздух. Наи-

более часто применяют дымовые газы при 500-800°С. Широкое рас-

пространение для термической сушки обезвоженных осадков сточ-

ных вод получили барабанные сушилки (рис. И-90,д).

Сушильный барабан диаметром 1-3,5 м и длиной 6-27 м уста-

навливают под углом 3-40°. Барабан вращается со скоростью 1,5-

8 об/мин. Для равномерного распределения осадка внутри барабана

устанавливают насадки. Высушенный материал удаляют транспор-

тером. Отходящие газы после очистки в циклоне и скруббере выбра-

сывают в атмосферу.

Влажность осадков до

СУ ШКИ

80%, после

СУ ШКИ

30-35%. Произ-

водительность сушилок по влаге от 0,3 до 15 т/ч. Удельный расход

тепла 4600-5000 кДж на 1 кг испаряемой влаги.

Основными недостатками барабанных

СУ

ШИЛОК ЯВЛЯЮТСЯ ИХ гро-

моздкость, большая металлоемкость и высокие капитальные и эксп-

луатационные затраты. В последнее время начали использовать СУ-

ШИЛКИ со встречными струями (рис. Н-90,6).

Обезвоженный осадок транспортером подают в приемную каме-

ру, туда же возвращают часть высушенного осадка. Смесь шнековы-

ми питателями равномерно распределяют в разгонные трубы, куда с

большой скоростью (100-400 м/с) поступают горячие газы, выходя-

щие из сопел камер сгорания. Осадок захватывается потоком газа и

выбрасывается в

СУ

ШИЛЬНУЮ камеру. В

СУ

ШИЛЬНОЙ камере оба пото-

ка сталкиваются, в результате происходит измельчение частиц осад-

ка, увеличение суммарной поверхности тепло- и массообмена, что

обеспечивает интенсивную сушку осадка. Из

су шильной

камеры га-

зовая взвесь попадает

сепаратор, где происходит досушка осадка и

одновременно разделение газовой взвеси. Осадок удаляют в бункер

готовой продукции, а газ очищают в скруббере.

447

Вода I В атмосферу

Воздух

Рис. II-90. Схема узлов сушки осадков: a — с барабанной сушилкой:

— топка,

2 — загрузочная труба, 3 — сушильный барабан, 4 — разгрузочная камера, 5 —

батарейный циклон. 6 — дымосос, 7 — скруббер, 8 — транспортер сухого осадка;

б — с распылительной сушилкой: 1 — топка, 2 — сушилка, 3 — батарейный цик-

лон, 4 — вентилятор, 5 — циклон, 6 — бункер готового продукта, 7 —пневмопро-

вод; в — с сушилкой со встречными струями: 1 — ленточный транспортер, 2 —

приемная камера, 3 — шнековый питатель, 4 — сушильная камера с разгонными

трубами, 5 — камеры сгорания, 6 — вертикальный стояк, 7 — трубопровод для

ретура, 8 — шлюзовые затворы, 9 — сепаратор, 10 — скруббер

448

Производительность сушилок по испаряемой влаге составляет 3-

5 т/ч. Удельный расход тепла «3,8 ГДж на 1 кг испаряемой влаги.

Влажность осадка, поступающего в сушильную камеру, 60-65%, а

высушенного осадка — 30-35%.

Распылительные сушилки (И-90,в) применяют для сушки очень

влажных осадков.

Предварительно высушенный активный ил концентрацией 50-

80 г/л подают в верхнюю часть сушилки, куда из топки поступают

газы при 35 0°С. Сушка осадка происходит с большой скоростью до

влажности 8-10%. Газы очищают в батарейном циклоне.

Высушенный ил по пневмопроводу через циклон поступает в

бункер. Производительность сушилок от 2 до 15 т/ч по испаряемой

влаге.

Сжигание. Сжигание осадков производят

тех случаях, когда их

утилизация невозможна или нецелесообразна, а также если отсут-

ствуют условия для их складирования. При сжигании объем осадков

уменьшается в 80-100 раз. Дымовые газы содержат CO

, пары воды

и другие компоненты. Перед сжиганием надо стремиться

уменьше-

нию влажности осадка. Теплотворная способность осадков разная.

Активный ил имеет теплоту сгорания 15-19 МДж на 1кг сухого ве-

щества. Необходимо учитывать также токсичность осадков.

Процесс сжигания осадков можно разделить на следующие ста-

дии: нагревание, сушка, отгонка летучих веществ, сжигание горю-

чей органической части и прокаливание для выгорания остатков уг-

лерода. На нагревание остатка, а затем его сушку расходу ется основ-

ное количество тепла и основное время. Осадки сжигают в печах

кипящего слоя, многоподовых, барабанных, циклонных и распыли-

тельных.

Печь кипящего слоя представляет собой футерованный цилиндр

с воздухораспределительной решеткой. На решетку насыпают слой

песка толщиной 0,8-1 м (размер частиц 0,6-2,5 мм). Псевдоожижен-

ный слой образуется при продувании газов через распределитель-

ную решетку. Подаваемый в печь осадок интенсивно перемешивает-

ся раскаленным песком и сгорает. Процесс горения длится не более

1-2 мин.

Многоподовые печи представляют собой футерованный цилиндр

диаметром 6-8 м. Топочное пространство печи делится на 7-9 гори-

зонтальных подов. В центре печи имеется вертикальный вращаю-

щийся полый вал, на котором радиально укреплены гребковые уст-

449

ройства. Осадок подают

верхнюю камеру печи, и

он

движется вниз

через отверстия, имеющиеся в каждом поде. В верхних камерах оса-

док подсушивается,

а в

средних сгорает. Печи отличаются простотой

обслуживания и устойчивостью работы при колебаниях количества

и качества обрабатываемых осадков, небольшим уносом пыли.

Барабанные печи представляют собой вращающийся наклонный

барабан с выносной топкой, где сжигают жидкое или газообразное

топливо. Обезвоженный осадок загружают с противоположного кон-

ца барабана и сжигают в зоне горения. Достоинством этих печей

является небольшая запыленность отходящих газов, возможность

сжигать осадки с большой зольностью и влажностью.

Циклонные и распылительные печи применяют для сжигания в

распыленном состоянии жидких

или

мелкодисперсных твердых осад-

ков. Эти печи пока не получили широкого распространения.

Схема для сжигания ила в кипящем слое показана на рис (II-91).

Ил подают в печь на слой песка, где он просу шивается, истирается и

сгорает при 590-780°С. Дымовые газы поступают

теплообменник,

где охлаждаются воздухом, подаваемым воздуходувкой из теплооб-

менника. Нагретый воздух подают в печь для создания псевдоожи-

женного слоя и поддержания горения. Дымовые газы после теплооб-

менника поступают в циклон, где отделяются твердые частицы, а

затем — в поверхностный абсорбер, орошаемый водой. Очищенные

газы выбрасывают в атмосферу Вода из абсорбера поступает в от-

Рис. П-91. Схема установки для сжигания ила в кипящем слое: 1 — печь; 2 —

горелка; 3 — теплообменник; 4 — воздуходувка; 5 — циклон; 6 — абсорбер; 7 —

дымосос; 8 — отстойник; 9 — насос; 10 — фильтр

450

Таблица 11.15.

Сравнительная характеристика работы печей

Печь

Температура

газов

после

сгорания,

Удельная на-

грузка,

кг/(м

-ч)

SE А

g §

Унос

золы, %

Расход на

кг ис-

паряемой влаги

Печь

Температура

газов

после

сгорания,

Удельная на-

грузка,

кг/(м

-ч)

Коэффи

избытка

духа

Унос

золы, %

тепла,

МДж

энергии,

кВт-ч

Многоподовая 310-520 200-400

1,08-1,2 5-8

3,8-

4,8

0,03-0,04

Барабанная

650-1000

10-80

1,1-1,6

8-10

4-4,8 0,03-0,04

Распылительная 650-860

80-100

1,1-1,8

—

— —

Циклонная

1200 600-850 1,04-1,6

— — —

С кипящим слоем 600-850

300-800 1,04-13 80-100 4-4,6

0,04-0,05

стойник, где отделяется зола. Осадок ее в виде пульпы направляют

на вакуум-фильтр. Фильтрат и воду из отстойника возвращают в аб-

сорбер. Полученную золу используют

как

минеральное удобрение или

для изготовления строительных материалов.

Сравнительная характеристика работы печей для сжигания осад-

ков

дана

в табл. П. 15.

Из таблицы следует, что наиболее производитель-

ными являются циклонные печи и печи с псевдоожиженным слоем.

Недостатки печей: 1) многоподовых — низкие удельные тепло-

вые нагрузки, наличие вращающихся элементов в зоне высоких тем-

ператур, высокие капитальные и эксплуатационные затраты; 2) ба-

рабанных — низкая удельная тепловая и массовая нагрузки топоч-

ного объема, разрушение футеровки в процессе работы, высокие ка-

питальные и эксгстуатационные затраты; 3) распылительных — низ-

кая производительность, сложность в эксплуатации, высокие капи-

тальные затраты; 4) циклонных — необходимость установки мощ-

ных пылеу лавливающих устройств

оборудования

для

выгрузки шла-

ка; 5) с псевдоожиженным слоем — неравномерность распределения

частиц в слое, необходимость пылеулавливания.

10.8. Рекуперация активного ила

Считая на сухое вещество, активный ил содержит 37-52% бел-

ков, 20—35% аминокислот, а также витамины группы В. Он может

быть использован для кормления животных, рыб и птиц. Разработа-

ны различные технологические схемы получения белково-витамин-

HuiO кормового

проду кта

(белвитамила), производства смеси кормо-