4.5 Термічні методи кондиціонування осадів стічних вод

Термічному кондиціонуванню перед зневодненням піддаються органічні осади міських і промислових стічних вод, що пройшли біологічне очищення. До методу термічного кондиціонування належать теплова обробка, рідиннофазне окиснення, заморожування і відтавання (останнє в основному для кондиціонування опадів водопровідних станцій).

Теплова обробка є одним з перспективних методів кондиціонування. Вона застосовується для кондиціонування осадів міських і промислових стічних вод із зольністю 30 ... 40%. У технологічних схемах, що завершуються стадією зневоднення, її переваги, крім підготовки осадів до зневоднення, полягають у забезпеченні надійної стабілізації та повної стерилізації опадів. Суть методу теплової обробки у нагріванні опадів до температури 150 ... 200 ° С і витримці їх при цій температурі в закритій ємності протягом 0,5 ... 2 год. У результаті такої обробки відбувається різка зміна структури осаду, близько 40% сухої речовини переходить у розчин, а частина, що залишилася, набуває водовіддавальні властивості. Осад після теплової обробки швидко ущільнюється до вологості 92-94%, і його обсяг становить 20 ... 30% від початкового.

Рідиннофазне окиснення набуло поширення за кордоном в останні 50 років. Його сутність полягає в окисленні органічної частини осаду киснем повітря при високій температурі й тиску. Ефективність процесу оцінюється глибиною окислення органічної частини осаду (зниженням ГДК осаду). Ця величина залежить в основному від температури обробки. Для окислення на 50% необхідна температура близько 200 ° С, на 70% і більше − температура 250 ... 800 ° С. Окислення осаду супроводжується виділенням тепла. При вологості осаду близько 96% виділеного тепла достатньо для самопідтримки температурного режиму та основна енергія витрачається на подачу стисненого повітря.

4.6 Сушіння вологих матеріалів

Сушіння являє собою процес видалення вологи з твердого або пастоподібного матеріалу шляхом випаровування рідини, що міститься в ньому за рахунок підведеного до матеріалу тепла. Це термічний процес, який вимагає значних витрат тепла.

Сушіння широко застосовується в хімічній, хіміко-фармацевтичній, харчовій та інших галузях промисловості. Відносно значне поширення сушіння дістало в ділянці обробки осаду міських стічних вод (барабанні сушарки, сушіння у зустрічних струменях). Процеси термічного видалення тієї частини вологи, яку неможливо видалити механічним шляхом, можуть також дістати використання при обробці промислових відходів, які необхідно підготувати до транспортування й подальшої переробки (наприклад, гальванічні шлами), а також при обробленні деяких відходів хімічної, харчової та інших галузей промисловості. Сушіння здійснюється конвективним, контактним, радіаційним і комбінованими способами.

Метод сушіння вибирають на основі технологічних вимог до висушуваного продукту і з урахуванням техніко-економічних показників. Процес сушіння здійснюється за рахунок теплової енергії, що виробляється в генераторі тепла. Генератором тепла можуть служити парові або газові калорифери, топки, що працюють на твердому, рідкому або газоподібному паливі, інфрачервоні випромінювачі й генератори електричного струму. Вибір генератора тепла зазвичай визначається схемою і методом сушіння, фізичними властивостями висушуваного матеріалу та потрібним режимом сушіння. За можливості доцільно використовувати тепло відхідних газів або відпрацьованого пару, при цьому одночасно утилізуються теплові відходи. Сушіння відрізняється від випарювання тим, що в першому випадку видалення вологи відбувається при будь-якій температурі, у другому − якщо тиск утворюваної пари дорівнює тиску навколишнього середовища (наприклад, кипіння води відбувається при тискові, рівному барометричному). Випарювання відбувається з усієї маси рідини, при сушінні ж волога видаляється з поверхні висушуваного матеріалу. Випарювання − більш інтенсивний процес, ніж сушка, проте не всі матеріали можна піддавати випаровуванню. Так, волога з твердих матеріалів видаляється тільки тепловою сушкою.

Конвективне сушіння повітрям або газом є найбільш поширеним. У повітряній сушці, так само як і в газовій, тепло передається від теплоносія безпосередньо висушуваній речовині. Для отримання матеріалу необхідної якості особлива увага повинна приділятися технологічним режимом сушіння, правильного вибору параметрів теплоносія й режим процесу (вибір оптимальної температури нагрівання матеріалу, його вологості тощо). Оптимальний режим сушіння, що впливає на технологічні властивості матеріалу, залежить від зв'язку вологи з матеріалом. У міру видалення вологи з поверхні матеріалу за рахунок різниці концентрації вологи всередині матеріалу і на його поверхні відбувається рух вологи до поверхні шляхом дифузії. У деяких випадках має місце так звана термодифузія, коли рух вологи всередині матеріалу відбувається за рахунок зменшення різниці температур на поверхні й усередині матеріалу. При конвективному сушінні обидва процеси мають протилежний зміст, а при сушінні струмами високої частоти − однакове. При сушінні деяких матеріалів до низької кінцевої вологості тепло витрачається не тільки на підігрів матеріалу та випаровування вологи з нього, але і на подолання зв'язку вологи з матеріалом. У більшості випадків при сушінні видаляється водяна пара, проте в хімічній промисловості іноді доводиться видаляти пари органічних розчинників. Незалежно від того, яка рідина буде випаровуватися, закономірності процесу ті ж.