Современный мир стал свидетелем ужесточения экологического законодательства, а также осознания необходимости сохранения окружающей среды. В результате возрастает спрос на очистные сооружения и передовые технологии. Есть несколько факторов, стимулирующих рост рынка очистных сооружений. Прежде всего, увеличение численности населения и индустриализация в различных странах приводят к увеличению объема сточных вод и увеличивает потребность в их очистке. Коммерческие предприятия и частные лица также ориентируются на соблюдение ужесточающихся экологических стандартов, что повлечет за собой рост спроса на очистные сооружения. Важным фактором будет также разработка новых и более эффективных технологий в данной области. Учитывая вышеупомянутые факторы, ожидается дальнейший рост рынка очистных сооружений в ближайшие десятилетия. Однако конечные показатели и прогнозы могут различаться в зависимости от географических особенностей, экономического развития и национальной политики каждой страны. Данная тенденция является частью комплексного подхода в борьбе с глобальным потеплением и загрязнением окружающей среды. На межгосударственном уровне сделаны заявления об отказе большинства автопроизводителей от двигателя внутреннего сгорания. Данный факт показывает радикальное изменение в подходе к жизнедеятельности человека и общества. Это подтверждает важность и комплексность подхода к экологии и сохранению биосферы. По отчету P & S Intelligence рыночная стоимость мировых очистных сооружений к 2030 году достигнет 194,5 миллиарда долларов. Средний темп роста по миру составляет порядка 5%.
Технологии очистки стоков достаточно хорошо отработаны и имеют готовые технического решения практически для любого технологического этапа. В данной статье я рассмотрю технологический этап механического сгущения осадка. Процессы сгущения и обезвоживания на предприятиях водоочистки и водоподготовки осадка можно назвать основными. Для реализации процесса обезвоживания и сгущения используют несколько физических и химических эффектов.
Обычно перед этапом сгущения происходит этап уплотнения осадка. Для этого в основном используют радиальные отстойники (илоуплотнитель, гравитационный сгуститель). На выходе после уплотнения получают осадок с влажностью 99,5-97%. При уплотнении используют принцип гравитационного осаждения когда взвесь в медленном потоке стока радиального осадителя, двигающегося от центра к краю, под действием гравитации ложится на дно. Осветленная жидкость перетекает через край и подается для дальнейшей очистки. Подвижные механические скребки собирают осадок на дне и перемещают его к центру откуда происходит его откачка для сгущения или обезвоживания.
Рассмотрим этот процесс сгущения поподробнее
Сгущение предназначено для уменьшение объема осадка за счет отделения жидкой фазы и соответственно увеличения содержания взвешенных веществ в осадке. Сгущение осадка с начальной концентрацией 0.5 — 1.5% СВ до концентрации 5-8% СВ уменьшает объем от 5 до 15 раз.
Использование сгущения перед анаэробным сбраживанием и обезвоживанием осадка имеет несколько преимуществ. Во-первых, сгущение осадка позволяет значительно сократить объем материала, требуемого на следующие этапы обработки. Это может существенно увеличить эффективность использования площади предприятия, минимизировать размеры оборудования и потребности в инвестициях. Во-вторых, сгущение осадка способствует улучшению обработки на последующих стадиях. Более концентрированный осадок может быть более эффективно подвергнут анаэробному сбраживанию, что приводит к более высокому выходу биогаза. И, наконец, сгущение осадка способствует улучшению санитарно-гигиенических условий на предприятии. Более концентрированный осадок занимает меньше пространства, что позволяет более эффективно регулировать его управление, предотвращать запахи и снижать риск заражения окружающей среды.
Чисто технически процесс сгущения представляет из себя процесс сепарации то есть разделения. В результате этого происходит разделение входного осадка на осадок с более высоким содержанием взвешенных (СВ, сухих веществ) веществ и на фильтрат. Увеличение концентрации растворенных веществ в осадке данный процесс не подразумевает. Для механического сгущения осадка в настоящее время используют хорошо зарекомендовавшее себя оборудование:
- Флотаторы.
- Барабанные сгустители.
- Ленточные сгустители.
- Дисковые сгустители.
Для эффективной работы перечисленного оборудования необходимо использование химических реагентов — флокулянтов (полиэлектролитов).
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:
- механическая флотация,
- напорная флотация (DAF)
- 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.
СгустителиВажно иметь ввиду что результат сгущения зависит от того какой осадок сгущается.
В таблице показатели сгущения. Требуемое количество флоккулянта на тонну сухого вещества тоже будет изменяться.
Тип осадка
Сгущенный осадок на выходе (СВ %)
Потребление флокулянта, кг
Сырой осадок
4-12
1-5
Смешанный
4-10
1-7
Активный ил
4-8
1-10
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.
