Тепловая обработка и замораживание осадков .

Относится к безреагентным методам кондиционирования осадков . Эффективным способом повышения водоотдающих свойств является обработка с использованием как высоких так и низких температур .

Свободная вода , а также структурная вода и вода смачивания закипают при t=100⁰С , а замерзают при 0⁰С . Температура кипения и замерзания капиллярной влаги зависят от толщины капилляров . Чем тоньше капилляры тем выше t кипения и ниже t замораживания.

В результате исследований установлено , что полное промораживание осадков позволяет снижать удельное сопротивление до(116)10¹⁰ см/г с (700...850)10¹⁰см/г . Лучшие результаты при медленном замораживании .

Осадок после замораживания и оттаивания обезвоживается механическим путем без применения дополнительных реагентов . Особенно эффективно обезвоживание на фильтрах и ленточных фильтр- прессах .

Тепловая обработка - это нагревание осадков до t = 170 - 220 ⁰С при давлении 1,2 - 2 МПа (давление насыщенных водяных паров при данной температуре ) t_{ВЫДЕРЖКИ} = 30 - 120 минут.

В процессе тепловой обработки происходит распад органических веществ , в основном белков, их растворение и переход осадков из твёрдой фазы в жидкую. При этом изменяется : структура осадков , их зольность , химический состав (частично) , улучшается влагоотдача и обезвоживание .

Тепловой обработке могут подвергаться как сырые , так и сброженные осадки . В процессе тепловой обработки R осадков снижается , и осадок без дополнительной обработки реагентами можно обезвожить на вакуум фильтрах и фильтр - прессах . После тепловой обработки объём осадка при уплотнении снижается в 2 - 4 раза . Сливная вода из уплот-нителей и фильтрат содержат 2000...5000 мг/л взвешенных веществ . В жидкую фазу переходит до 80% азота , БПК₅ - 2000...10000 мгО/л , ХПК - 5000...16000 мгО/л . Влажность обезвоженных осадков р 40...75% .

СХЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ОСАДКА .

осадок

1

2

3

4

5

6

7

8

9

12

10

11

13

резервуар осадков ;

дробилка ;

промежуточный резервуар ;

насосы высокого давления ;

трубчатые теплообменники ;

реактор ;

котельная ;

отстойник - уплотнитель ;

резервуар уплотнённого осадка ;

фильтр - прессы ;

транспортёр обезвоженного осадка ;

отвод сливной воды и фильтрата на очистку ;

устройство для выпуска газа .

Преимущества тепловой обработки :

отпадает необходимость реагентной обработки ;

осадок стерилен ;

низкая влажность ;

не загнивает .

Недостатки :

наличие большого количества взвешенных веществ и высокие значения ХПК и БПК иловой воды и фильтрата ;

сложность аппаратурного оформления ;

образование газов и запахов ;

сокращение органических компонентов , что снижает ценность осадков в качестве удобрений .

Обезвоженный осадок можно сжигать самостоятельно и в смеси с мусором или использовать как удобрение . Перед использованием в качестве удобрений для снижения ХПК осадка требуется его выдержка на воздухе в течении нескольких недель .

Обезвоживание осадков фильтрованием .

Обезвоживание осадков фильтрованием - это процесс отделения твёрдых веществ от жидкости, происходящий при разности давлений над фильтрующей средой и под ней . Фильтрующей средой на вакуум - фильтрах и фильтр - прессах являются фильтровальная ткань и слой осадка , налипающий на ткань в процессе фильтрования . В начале цикла фильтрование происходит через ткань , в порах которой частицы осадка задерживаются и создают добавочный фильтрующий слой . В процессе фильтрования этот слой увеличивается и уже является главной частью фильтрующей среды , а ткань выполняет функцию поддержания фильтрующего слоя . Т.е. при фильтровании происходит два процесса: протекание жидкости через слой осадка и образование слоя осадка (кека ) .

Эти процессы непрерывно изменяются , т.к. с увеличением толщины слоя кека уменьшается скорость протекания жидкости (фильтра) .

В процессе исследований выявлены следующие закономерности :

равные объёмы фильтрата соответствуют равным массам кека на фильтре .

удельное сопротивление слоёв кека изменяется пропорционально изменению давления : при увеличении давления R кека увеличивается .

Пористость сжимаемых материалов (осадки сточных вод - сжимаемый материал ) изменяется с изменением давления . Поэтому для сжимаемых материалов , небольшое изменение пористости , может вызвать значительное изменение проницаемости и привести к изменению скорости фильтрования .

При фильтровании под постоянным давлением скорость фильтрования обратно пропорциональна толщине осадка (кека) .

Скорость фильтрования зависит от концентрации твёрдой фазы суспензий . Увеличение концентрации приводит к увеличению скорости образования и толщины кека на поверхности ткани , что приводит к увеличению сопротивления и уменьшению скорости фильтрования . Но при этом производительность фильтра повышается .

Увеличить скорость фильтрования можно за счет уменьшения вязкости фильтрата , которая является функцией t ⁰С (т.е. подогрев суспензии ) .

Производительность фильтра по сухому веществу можно определить по формуле :

L = ;

- объём фильтрата ;

F - площадь фильтра ;

- время отбора пробы .

ВАКУУМ - ФИЛЬТРЫ .

Вакуум - фильтры применяются для обезвоживания большинства видов осадков сточных вод . Фильтрование и обезвоживание осуществляются под воздействием вакуума . Рабочий цикл вакуум - фильтров включает : фильтрование , обезвоживание (просушку) , удаление обезвоженного осадка , регенерацию фильтровальной ткани .

Для бесперебойной работы толщина слоя кека д.б. не < 5 мм в течении 4 минут. Барабанные фильтры - автоматические , непрерывно действующие механизмы .

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

вращающийся перфорированный барабан ;

корыто фильтра ;

секция барабана ;

выход трубков секций к распределительной головке ;

нож для съёма кека ;

кек ;

бункер для кека ;

обезвоживаемый осадок ;

патрубок для отведения фильтрата ;

патрубок подачи сжатого воздуха .

Барабанный вакуум - фильтр состоит из горизонтально расположенного цилиндрического барабана , частично (на 35 - 40% ) погруженного в корыто с фильтруемой суспензией . Барабан вращается на валу , соединенном с приводом электродвигателя . Боковая поверхность барабана имеет перфорированную обечайку , разделенную на ряд сит . При работе вакуум - фильтра боковая поверхность барабана обтягивается фильтровальной тканью . Внутренняя полость барабана разделена по окружности на ряд разобщенных одна от другой секций , каждая из которых имеет свои отводящие трубки .

При вращении барабана фильтра часть его поверхности погружается в обезвоживаемый осадок. Фильтрат под действием вакуума проходит через фильтровальную ткань внутрь секций барабана и по патрубку отводится в ресивер , а кек задерживается на фильтроваль-ной ткани . Отводящие трубки выходят к распределительной головке барабана ( установ-ленной в полой цапфе барабана) , которая состоит из подвижной 11 и неподвижной 12 шайб .

11

12

15

11

14

12

13

Отверстия 15 в подвижной шайбе 11 при вращении барабана соединяются с отверстиями 13 и 14 неподвижной шайбы 12 благодаря чему секции барабана находятся то под вакуумом, то под отдувкой . Обезвоженный кек снимается в зоне отдувки ножом , падает на конвейер и подается в специальный бункер , т.е. за один оборот барабана происходит автоматическое чередование процессов образования кека , его подсушки и разгрузки .

При обезвоживании некоторых видов осадков , а особенно осадков после реагентной обработки , фильтровальная ткань быстро заиливается . Её периодически (через каждые 8 -24 часа) промывают слабым раствором кислоты (HCl ) или раствором моющих средств .

В барабанных вакуум - фильтрах со сходящим полотном регенерация фильтровальной ткани может производиться непрерывно без выключения вакуум - фильтра .

Э

2

то вакуум - фильтры БсХОУ (поверхность фильтрации 5 , 10 , 20 , 40 м²) . Масса осадка заливаемого в корыто - 10 м³ .

1

15

3

14

12

4

6

5

7

8

9

10

13

16

11

барабан фильтра ;

фильтровальная ткань ;

возвратный ролик ;

отдувочно - разгрузочный ролик ;

воздуховод ;

нож ;

щетки ;

желоб промывной воды ;

12. насадки ;

натяжной ролик ;

труба со щелью для промывки ткани ;

13.гуммированные ролики для химической регенерации ткани ;

14.трубы с отверстиями ;

15.центрирующий ролик ;

16.распределительная головка фильтра .

Работа вакуум - фильтра .

В корыто непрерывно подается скоагулированный осадок . При погружении вращающегося барабана в корыто осадок под действием вакуума подсасывается к поверхности фильт-ровальной ткани . При выходе барабана из корыта осадок под действием вакуума подсушивается . Фильтрат под действием вакуума непрерывно удаляется в ресивер. По мере вращения барабана фильтровальная ткань вместе с осадком переходит на систему роликов (регенерационный узел ) . Кек , образовавшийся на поверхности фильтровальной ткани ,при прохождении через отдувочно - разгрузочный ролик снимается ножом . Для облегчения снятия кека производится отдувка кека воздухом . После снятия осадка фильтровальная ткань промывается с двух сторон водой , подающейся из насадок 9 и 12 . В некоторых случаях предусматривается дополнительная очистка ткани щеткой , вращаю-щейся в направлении противоположном направлению вращения ткани , при одновременной дополнительной промывке ткани водой поступающей из трубопровода со щелью . Промывная вода попадает в желоб и отводится в канализацию . Очищенная ткань возвращается на поверхность барабана . Фильтроцикл повторяется .

СХЕМА УСТАНОВКИ БАРАБАННЫХ ВАКУУМ - ФИЛЬТРОВ .

17

4

5

3

6

7

1

2

16

15

8

13

9

10

11

12

14

H

1. Резервуар ; 2. Насос ; 3. Дозатор ; 4. Подача FeCl₃ ; 5. Подача Са(ОН)₂ ; 6.Смеситель ; 7. Вакуум - фильтр ; 8. Транспортёр обезвоженного осадка; 9. Ресивер ; 10. Вакуум насос ; 11. Отвод фильтрата в канализацию ; 12. Насос откачки фильтрата ; 13. Воздуходувка ; 14. Трубопровод для опорожнения корыта фильтрата; 15. Переливная труба ; 16. Трубопровод для отведения осадка к резервуару .

СХЕМА РЕСИВЕРА .

1

2

3

4

5

7

6

H

ЛОВУШКА ( 17 ) .

поступление воздуходувной смеси от вакуум - фильтра ;

присоединение к линии вакуума ;

герметичный цилиндрический резервуар ;

емкость для фильтрата , получаемого за 30...60 секунд ;

отвод фильтрата ;

распределяющая зона ;

очищающая зона .

Выбор ресивера производится по max расходу водовоздушной смеси , проходящей через очищающую зону со скоростью 1 м/с . Отношение площадей поперечного сечения распределяющей и очищающей зон 1 : 4 . Допустимая скорость между перегородкой и уровнем жидкости 1,5 м/с .

Типовые ресиверы V = 0,4 ; 1,0 ; 1,6 ; 2,5 ; 4 м³ . D соответственно 0,7 ; 0,9 ; 1,0; 1,2 ; 1,4 м . Если в установке применяют сухие вакуум насосы , то чтобы жидкость не попала в них , устанавливают ловушку (17) .

Н = 10^-4 - самотеком ;

Н = 10^-4 - насосом ;

- мax рабочий вакуум , Па ;

- высота всасывания насоса , м ;

- потери напора по длине всасывающего трубопровода , м .

Оптимальное значение вакуума при обезвоживании большинства осадков городских сточных вод лежит в пределах 0,027 - 0,067 МПа (200 - 500 мм рт ст. ) в зависимости от типа и степени обработки осадков.

Вакуум - фильтрацией удаляется в основном свободная вода осадка , скорость выделения которой при выбранном вакууме зависит от R . Т.е. для различных осадков требуется разное время обезвоживания (продолжительность фильтроцикла ). Для барабанных вакуум - фильтров при значении вакуума 0,067 МПа (500 мм рт ст. ) ориентировочно продолжительность ( ) фильтроцикла в зависимости отr 10^-10 см/г .

r10^-10 ,см/г	5 - 10	10 - 20	20 - 30	30 - 40	40 - 60
, мин .	2...2,5	2,5...3	3...4	4...5,5	5,5...8