Обзор современных технологий по сгущению осадка на очистных сооружениях

Флотаторы

В данных устройствах используется физический принцип всплытия загрязнений — флотации. Флотация – эффективный метод очистки сточных вод, который отличается своей простотой, экономичностью, высокой производительностью и качественной результативностью. Среди других методов, флотационные методы наиболее эффективно удаляют из сточных вод различные взвешенные вещества имеющие гидрофобные свойства:

поверхностно активных веществ (ПАВ);

протеины;

жиры;

мелкодисперсная взвесь;

нефтепродукты.

Установки для очистки сточных вод, известные как флотаторы, специальные устройства, разработанные для фильтрации мельчайших включений из водных растворов с использованием физико-химических процессов. Основным назначением таких систем является удаление органических примесей с гидрофобными свойствами из городских и промышленных сточных вод. Флотаторы , используемые для удаления загрязнений из сточных вод, отличаются по способу насыщения воды пузырьками и характеру самих пузырьков. Наиболее распространенными методами являются:

1. механическая флотация,

2. напорная флотация (DAF)

3. электрофлотация.

Флотация подходит для сгущения загрязнений с небольшой разницей плотности с водой, склонных к всплытию или размер которых позволяет пузырькам прикрепиться и вывести на поверхность. Всплывающие загрязнения скрепками отводятся в отдельную линию и перекачивается на дальнейшую обработку или на утилизацию. Осадок после флотатора называется флотошламом.

В основу работы барабанного, ленточного или дискового сгустителя заложен физический принцип гравитационной фильтрации. Осадок перед подачей в сгустители обрабатывается раствором флокулянта. Цель обработки флокулянтом (раствор полиэлектролита) заключается в том чтобы частицы взвеси собрать вместе в хлопья, так называемые флоккулы. Без  подобной обработки частицы имеющие очень маленький размер, вплоть до микрон, будет невозможно отфильтровать так как они просто пройдут через ячейки фильтровального полотна и не будут задержаны. Обычно в состав поставки сгустителя входит флоккулятор (flocculator ractor) и смешивающий клапан (mixing valve). Флоккулятор устанавливается перед сгустителем и необходим для того, чтобы дать время раствору полиэлектролита собрать взвешенные вещества в хлопья, на это необходимо определенное время. Смешивающий клапан устанавливается после флоккулятора и является дополнительным устройством для создания турбулентности потока и более эффективного хлопьеобразования. Для сгустителей с минимальной производительностью обычно используют только смешивающий клапан. Таким образом взвешенные вещества скрепленные флокулянтом подаются на фильтрующую ткань и задерживаются на ней, в то же самое время жидкость свободно проходит сквозь фильтр и отводится на следующий этап.

Рассмотрим конструкции сгустителей более подробно.

Ленточный сгуститель (Belt Thickener)

Осадок сначала подается во флокулятор, где происходит смешение с флоккулянтом и формируются хлопья, которые собственно и будут задерживаться фильтрующим материалом. Далее суспензия с уже сформировавшимися хлопьями через смешивающий клапан подается в сгуститель. Смешивающий клапан создает в потоке дополнительную турбулентность что способствует дополнительному реагированию флоккулянта с еще не собранными в хлопья взвешенными веществами.

Фильтрующий материал в виде бесконечной ленты натянут на два валка и медленно вращается, аналогично ленточному конвейеру. Отличие в том, что жидкость по мере продвижения по ленте, через просветы проходит под воздействием гравитации в нижнюю часть сгустителя и далее по дренажной трубе на следующий технологический этап. По мере продвижения по фильтрующей ленте специальные скребки раздвигают слой сгущенного осадка, освобождая фильтрующий материал чтобы у жидкой фазы был доступ к ячейкам и отводу в линию фильтрата. По достижении второго валка сгущенный осадок выгружается в специальный бункер и далее транспортируется для следующего технологического этапа. Фильтрующий материал промывается при обратном движении в сторону поступления осадка. Современные ленточные сгустители изготавливают в закрытом исполнении чтобы исключить попадание в помещение испарений от осадка.

Барабанный сгуститель (Drum Thickener)

Подача через флоккулятор и смешивающий клапан производится аналогично ленточному сгустителю, описанному выше. В отличие от ленточного сгустителя, фильтрующий материал натянут на цилиндрический каркас. Барабан с фильтрующим материалом имеет наклон в сторону выгрузки сгущенного осадка. Наклон барабана у некоторых производителей регулируется в процессе пусконаладки чтобы получить заявленные показатели. Внутри барабана имеются пластины для препятствованию быстрому продвижению осадку. С внешней части устанавливаются форсунки для периодической промывки фильтрующего материала. Время промывки устанавливается в процессе пусконаладки и зависит от свойств осадка. Современные барабанные сгустители тоже имеют закрытое исполнение и могут дооснащаться вытяжной вентиляцией. Так как скорость вращения барабана низкая , то некоторые производители используют полимерные подшипники качения, что значительно снижает стоимость. Так же может быть добавлена система автоматической смазки подшипников. На выходе из барабана осадок падает в бункер и далее транспортируется на следующий этап обработки.

Дисковый сгуститель (Disk Thickener)

В общем случае основа такого сгустителя это дисковый каркас с фильтрующим материалом, который располагается наклонно. Дисковый сгуститель осадка представляет собой конструкцию в форме наклонного цилиндра. В нем размещается перфорированная тарелка, выполненная из  нержавеющей стали, и вращающаяся внутри цилиндрического резервуара. Над этой тарелкой располагается фильтрующее сито также изготовленное из нержавеющей стали. В нижней части корпуса находится патрубок для отвода фильтрата, в верхней части производится выгрузка сгущенного осадка. У данного типа сгустителя имеется несколько вариантов реализации, но они реже используются на предприятиях водоотведения.

Преимуществом фильтровального сгущения в небольшом удельном энергопотреблении.>

Необходимое условие в этой технологии необходимость в промывочной воде. Данная воды нужна для очистки фильтрующего материала, так как через определенное время ячейки забиваются и больше не позволяет жидкости отводится. Поэтому важным параметром сгустителей требование к качеству, количеству и давлению промывочной воды. Вода это ресурс и имеет определенную стоимость, стоимость ее будет влиять на полную стоимость владения оборудования.

Декантерная центрифуга

Декантер это центрифуга с горизонтальной осью вращения. Основной элемент это цилиндрический барабан с конусной частью с одной стороны и с полым шнеком внутри. Барабан вращается очень быстро — от 2000 до 5000 об/мин. Шнек вращается быстрее барабана на 5-20 об/мин. Осадок подается в полый шнек и далее попадает в барабан. Взвесь находясь в поле центробежной силы осаждается на внутреннюю стенку барабана. Шнек перемещает осадок в сторону конической части, где происходит сгущение. Фильтрат движется в противоположную сторону.

Декантеры используют как сгустители реже и обычно когда требуется высокая производительность. По сравнению с вышеупомянутыми сгустителями декантеры более энергоемки и соответственно удельное энергопотребление будет выше.

Преимуществом центрифугирования перед фильтрованием является отсутствие необходимости в промывной воде. Так же работа декантера практически всегда автоматизирована и легко интегрируется в систему управления как очистных сооружений так и в систему управления всего предприятия.