Методическое пособие 437

где Vоб - заданная производительность по фильтрату, м3/с; Кп – поправочный коэффициент, учитывающий необходимость увеличения поверхности из за увеличения сопротивления фильтровальной перегородки при многократном ее использовании (Кп = 0,8); τц – продолжительность полного цикла работы фильтра; Vф.уд. – удельный объем фильтрата, м3/м2.

По площади фильтрования из табл. 16 выбираются габаритные размеры фильтра.

Применение ленточных фильтр–прессов для обезвоживания гидроксидных осадков стало возможным благодаря широкому распространению синтетических полиэлектролитов (флокулянтов) различного типа, позволяющих кондиционировать осадок перед механическим обезвоживанием.

Основными преимуществами ленточных фильтр–прессов перед другими видами оборудования для механического обезвоживания осадка ВОС (камерными фильтр–прессами, вакуум–фильтрами, центрифугами) является более высокая производительность, низкие энергоемкость, капитальные и эксплуатационные затраты. Кроме этого ленточные фильтр–прессы отличаются возможностью обезвоживания неуплотненного осадка, влажностью до 99 %. Однако практика применения ленточных фильтр–прессов для обезвоживания осадков ВОС показала необходимость их предварительного кондиционирования флокулянтами.

Тип, дозы и режим ввода флокулянта для каждого конкретного случая определяются экспериментально.

Параметры работы ленточных фильтр–прессов при обезвоживании осадков природных вод, в связи с разнообразием их свойств, необходимо принимать на основании технологических изысканий на конкретном объекте.

Величина давления фильтрования зависит от свойств обезвоживаемого осадка, определяется сжимаемостью осадка и может приниматься равной 0,3 – 0,5 Мпа при условии предварительной подготовки осадка.

Основным параметром работы ленточных фильтр–прессов является производительность Q, которая выражается в килограммах сухого вещества, снимаемого с одного метра ширины ленты в течение одного часа. Значение Q можно определить из выражения

где g - подача осадка на обезвоживание, м3/ч; Cисх – концентрация исходного осадка, г/м3; L – ширина ленты, м.

В настоящее время отечественная и зарубежная промышленность выпускают большое число ленточных фильтр–прессов различных конструкций и типоразмеров, пригодных для обезвоживания осадков природных вод (табл. 31).

61

Таблица 31 Технические характеристики ленточных фильтр-прессов ЛФ НПФ «БИФАР»

٭Производительность зависит от свойств осадка (см. табл. 17).

Повышение степени обезвоживания и производительности фильтр– прессов может быть достигнуто путем введения в качестве присадочного материала каолинитовой глины и нагрева уплотненного осадка. Влажность обезвоженного осадка при этом составляет 62 %, а производительность фильтр–пресса повышается до 11 кг/(м3·ч).

Обезвоживание осадков в поле центробежных сил осуществляется на центрифугах. Так как барабан центрифуги вращается с большой скоростью (около 3500 об/мин), частицы подвергаются воздействию центробежных сил и прибиваются к стенке барабана в зоне осветления.

Наиболее приемлемы для обезвоживания водопроводного осадка центрифуги непрерывного винтового и полунепрерывного корзиночного типа, которые способны обезвоживать осадок до содержания твердых веществ в кеке до 30 %.

Предварительное уплотнение осадка до влажности 98,5 – 98 % повышает производительность центрифуг до 4 – 10 м3/ч по влажному осадку.

Применение центрифуг для обезвоживания водопроводных осадков особенно эффективно для малых водопроводных станций.

К преимуществам центрифуг можно отнести возможность полного автоматического управления, способность обрабатывать уплотненный и неуплотненный осадок, небольшая площадь, которую они занимают.

Технические характеристики центрифуг были представлены в табл. 24.

К недостаткам, сдерживающим широкое применение центрифугирования, следует отнести необходимость предварительной обработки осадков реагентами и дорогостоящими флокулянтами, высокую стоимость их эксплуатации, не до конца решенную проблему удаления и обработки фильтрата (рис. 23).

Производительность трубчатой центрифуги рассчитывается по формуле

62

где ω – скорость осаждения, м/с; Vж = 0,785(D2 – D02)L; D – внутренний диаметр барабана, м; D0 – диаметр внутреннего слоя жидкости, м; L – длина зоны фильтрования (высота барабана), м; h – глубина потока, м.

12.5. Способы утилизации осадков водопроводных станций

Характеристика и химический состав водопроводного осадка непосредственно связаны с качеством исходной воды. При разливе рек, когда исходная вода сильно загрязнена, содержание сухого вещества в осадке может достигать 100 кг/м3, хотя в обычных условиях не превышает 15 кг/м3. Кроме этого в осадке имеется значительное количество органических веществ (БПК20 = 400 – 2000мг/л, ХПК = 500 – 1000мг/л) и гидроксидов металлов. После прокаливания осадка в его составе могут содержаться: SiO2 – до 45 %, Al2O3 – до 40 %, Fe2O3

– до 5 %, CaO – до 3 %, MgO – до 2 %.

Одним из направлений утилизации осадков ВОС является использование его в качестве добавок к сырью стройматериалов. Возможно применение осадков в качестве керамического сырья из-за наличия в них значительного количества гидроокиси алюминия и других продуктов гидролиза алюмосодержащего коагулянта. Наличие в осадках аморфного гидроксида алюминия повышает показатель огнеупорности керамических изделий.

Водопроводный осадок

Рис. 23. Схема способов утилизации водопроводных осадков

После обработки осадка кислотой, щелочью или хлором можно получить эффективный коагулянт для неоднократного использования в технологии очистки воды.

63

Для очистки сточных вод от фосфатов и некоторых органических загрязнений можно использовать сорбент, полученный термообработкой водопроводного осадка. Получение такого сорбента происходит в течение 24 часов в два этапа:

•испарение свободной влаги при температуре 120 – 150оС

•удаление связанной воды при температуре 160 – 200°С

Посредством высокотемпературного обжига сырьевых смесей при изготовлении стеновых керамических изделий отмечается возможность их формования практически целиком из осадков водопроводных станций [12].

Известно использование осадков ВОС в литейном производстве в качестве защитного жаростойкого материала для поддонов и изложниц при производстве керамзита для опудривания гранул.

Все перечисленные предложения по утилизации осадков ВОС находятся в стадии проработок, их широкое внедрение сдерживается отсутствием постоянно действующих цехов механического обезвоживания осадков водопроводных станций, а также сложностью транспортирования осадков на предприятия, которые могли бы использовать их как сырье.

Заключение

Обезвоживание осадков, выделенных при очистке природных и сточных вод, осуществляется либо на иловых картах (для осадков сточных вод), либо на площадках замораживания и сушки (для осадков природных вод), где происходит обезвоживание осадков в естественных условиях за счет разрушения структурной основы осадка, его уплотнения и сушки.

Такие сооружения не только требуют отвода под них значительных территорий, но и загрязняют подземные воды, и приводят к нарушению экологического состояния окружающей среды.

Поэтому вопросы искусственного обезвоживания и утилизации осадков приобретают в настоящее время все более острое значение.

В пособии собран значительный справочный материал по техническим характеристикам аппаратов, применяемых для механического обезвоживания осадков (вакуум-фильтры, фильтр-прессы, центрифуги и т.д.), который может быть использован при выполнении проектов: «Очистка природных вод», «очистка бытовых сточных вод», «Водоснабжение и водоотведение, подготовка воды и очистка сточных вод промпредприятий».

64

Библиографический список

1.Воронов, Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: учебник для ВУЗов/ Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев. М., Изд-во: АСВ, 2006. – 704 с.

2.Канализация населенных мест и промышленных предприятий: справочник проектировщика/ И.И. Ларин [и др.]; под общ. ред. В.Н. Самохина, – 2-е изд. - М.: studmed.ru›…larin…dr-kanalizaciya…98d2266a487.htm – 639 с.

3.Туровский, И.С. Обработка осадков сточных вод / И.С. Туровский. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: userdocs.ru›geografiya/36372/index.html 18.05.2013. - 256 с.

4.Евилевич, А.М. Утилизация осадков сточных вод/ А.М. Евилевич, В.А. Евилевич. – Л.: biblus.ru›Рубрикатор›?book=47e3m28i6. – 248 с.

5.Ласков, Ю.М. Примеры расчетов канализационных очистных сооружений: учеб. пособие для вузов/ Ю.М. Лас ков, Ю.В.Воронов, В.И. Калицун. - М.: Изд-во «Альянс», 2008. – 255 с.

6.Журавлева, И.В. Проектирование сооружений для очистки городских сточных вод: механическая очистка и обработка осадков: учеб.-метод. пособие к курсовому и дипломному проектированию/ И.В. Журавлева; Воронеж. гос. арх.- строит. ун-т. – Воронеж, 2009. – 115 с.

7.Проектирование сооружений для очистки сточных вод: справочное пособие к [14]/ ВНИИ ВОДГЕО.– М.: tsuab.ru›…stochnykh… Spravochnoe…k_SNiP_2_04_03_85… –192 с.

8.Проектирование сооружений для очистки и подготовки воды: справочное пособие к СНиП 2.04.02-84/ НИИ КВОВ АКХ, 19.– М. : stroytenders.ru›docs/1/30/107/document.pdf – 192 с.

9.Яковлев, С.В., Волков Л.С, Воронов Ю.В., Волков В.Л. Обработка и утилизация осадков производственных сточных вод/С.В. Яковлев, Л.С. Волков, Ю.В. Воронов, В.Л. Волков. – М.: Химия, 1999. – 448 с.

10.Методические указания к выполнению практических занятий и самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению 270110 «Строительство» профиля «Водоснабжение и водоотведение»/ Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т; сост: А.В. Бахметьев, А.В. Куралесин. - Воронеж, 2015. – 32 с.

11.Свод правил СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84* С изменением № 2 /Минстрой России. - М.: 2015 - 135 с.

12.Журба, М.Г. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: учеб. пособие в 3 т. Т.2. Очистка и кондиционирование природных вод/ М.Г. Журба, Л.И. Соколов, Ж.М. Говорова. - Изд. 3-е, перераб. и доп.:. – М.: Изд-во АСВ, 2010. – 552 с.

13.Свод правил СП 62.13330.2011* Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиП 42-01-2002 с изменениями № 1, 2 / Министерство регионального развития РФ. - М., 2012. – 69с.

14.Свод правил СП 32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85/ Министерство регионального развития РФ. – М., 2012. – 85 с.

65

Приложения

Ниже приводятся примеры исследований механического обезвоживания осадков промывных вод фильтров станции обезжелезивания подземных вод при фильтровании этих осадков через перегородки.

При этом выделены два момента:

•необходимое уплотнение осадка перед обезвоживанием;

•обезвоживание осадков фильтрованием через перегородки.

Приложение 1

Гравитационное уплотнение осадков

Исследованию подвергался осадок, полученный при безреагентном отстаивании промывных вод фильтров с исходной концентрацией С=0,4368(0,44) %. Рассматривалось гравитационное уплотнение этого осадка без добавления реагентов и присадок, без перемешивания и при медленном перемешивании. Результаты исследований сведены в табл. П.1.1.

Таблица П.1.1 Результаты исследования уплотнения промывных вод фильтров

при безреагентном отстаивании.

Гравитационное уплотнение осадка промывных вод фильтров, обработанных сернокислым алюминием – 9мг/л Al2O3 и полиакриламидом – 0,4 мг/л ПАА, концентрацией Сос = 0,4594 % представлено в табл. П.1.2.

Таблица П.1.2 Результаты исследования уплотнения промывных вод фильтров,

обработанных сернокислым алюминием 9 мг/л Al2O3 и ПАА 0,4 мг/л

Согласно табл. П.1.1 и П.1.2 видно, что лучше происходит уплотнение осадка обработанного реагентами.

Медленное перемешивание также положительно влияет на эффективность уплотнения осадка.

В табл. П.1.3 приводятся результаты исследования влияния обработки осадка известью (присадка) на процесс его уплотнения.

Известь для присадки принята в дозах 5, 10, 15 и 20 % от массы сухого вещества осадка. Уплотнение осуществлялось при медленном перемешивании.

Результаты исследований показали, что увеличение дозы извести до 20 % от массы сухого вещества осадка не оказывает существенного влияния на процесс его уплотнения.

67

Таблица П.1.3

Результаты исследования уплотнения осадка после присадки известью.

68

Приложение 2

Обезвоживание осадка фильтрованием через пористые перегородки

Разделение исходного осадка (его обезвоживание) осуществляют через пористые перегородки, по обеим сторонам которых создают перепад давления, являющийся движущей силой процесса. То есть объем фильтрата V, м3, образующийся в единицу времени t, с, при фильтровании осадка через единицу площади поверхности фильтра, F, м2, прямо пропорционален перепаду давления ∆Р, Па, и обратно пропорционален вязкости фильтрата µж, Па с, и удельному сопротивлению фильтрации r, м/кг.

Удельное сопротивление фильтрации можно найти из следующего выражения:

здесь К – параметр, зависящий от перепада давления и вязкости фильтрата.

где F – площадь фильтрации, м2, х – отношение массы твердой фазы осадка, отлагающегося на фильтровальной перегородке, к объему фильтрата, может быть определено следующим образом:

где Сисх – концентрация твердой фазы исходного осадка, %, Wос – влажность осадка, отлагающегося на фильтре, %. ρж – плотность фильтрата.

здесь mт и mж – масса твердой и жидкой фазы в осадке соответственно, кг. Таким образом, для нахождения удельного сопротивления осадков r не-

обходимо найти значения в, К и х. При этом можно записать:

Определение параметров производится опытным путем. Наиболее простым является объемный способ, который заключается в фильтровании определенного объема осадка через перегородки, когда через назначенные промежутки времени t(10 – 120 с) замеряется объем фильтрата.

69

Определение параметра «в» для различного вида осадка, уплотненного медленным перемешиванием, фильтрованием через воронку Бюхнера диаметром d = 8см, перепад давления ∆Р = 500 мм. рт. ст = 665٠102Па.

1. Осадок, обработанный сернокислым алюминием (Al2O3) дозой 1,06 % и полиакриламидом (ПАА) дозой 0,04 % к массе сухого вещества осадка; без присадки Сисх = 3,46 %. Объем осадка 60 мл, V0 = 5мл. Результаты фильтрования представлены в табл. П.2.1.

По данным табл. П.2.1 построена графическая зависимость в координатах t/V и V (рис. П.2.1), по которой находятся значения параметров вн и вк по выражению (5).

t/V

2.0

вн = 0,8 − 0,3 = 0,02 25

1.0

2 вк = = 0,33

40 − 34

0.0

Рис. П.2.1

70