3. Механическое обезвоживание осадка

Механическое обезвоживание предназначено для удаления из осадка несвязанной и части связанной воды. В настоящее время в основном используют вакуум-фильтрование, пресс-фильтрование и центрифугирование, которые реализуются, соответственно, в вакуум-фильтрах, пресс-фильтрах и центрифугах с предварительным коагулированием осадка или без него.

Расчет указанных аппаратов, т.к. они являются серийно выпускаемыми промышленностью, в основном сводится к определению необходимого их количества, состава вспомогательных сооружений и их характеристик и реагентного хозяйства.

3.1. Вакуум-фильтры

Эти аппараты позволяют обезвоживать практически любые виды осадков. Наибольшее распространение получили барабанные вакуум-фильтры типа БОУ и Б_схОУ. Последние имеют существенное преимущество перед первыми, т.к. в них регенирация фильтрующего полотна осуществляется не прерывно, что позволяет достаточно эффективно обезвоживать заиливающие осадки, например, сырой осадок из первичных отстойников. В том и другом случаях рекомендуется предварительная промывка осадка.

Необходимое число рабочих вакуум-фильтров,

, (169)

где: F – необходимая площадь фильтрования, м²;

F₁ – площадь поверхности фильтрования одного вакуум-фильтра, м², принимается по паспортным данным серийно выпускаемых аппаротов или справочным данным, например, по табл.14.

Необходимая площадь фильтрования, м²,

, (170)

здесь: M_сух – суточный расход обевоживаемого осадка по сухому веществу, т/сут;

T – продолжительность работы вакуум-фильтров в сутки, T = 20…22 ч;

L – удельная производительность вакуум-фильтров по сухому веществу осадка, кг/(м² ч).

Суточный расход осадка по сухому веществу, т/сут,

, (171)

при чем: Q^c_o и Q^c_u – суточный расход, соответственно, осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила по сухому веществу, определяемые по формулам (124) и (126).

Удельная производительность вакуум-фильтров по сухому веществу, кг/(м²∙ч), может быть принята в зависимости от вида обезвоживаемого осадка по усредненым данным (табл.15) или рассчитана с учетом конкретных условий осуществления процесса факуум-фильтрования по формуле

,(172)

где: W_k – влажность кека, % (табл.15);

W_н – влажность осадка, поступающего на обезвоживание, %;

S – плотность поступающего на обезвоживание осадка,  = 1 т/м³;

m – доля времени вакуумирования в общей продолжительности полного фильтроцикла, m = 50…80%;

Р – величина рабочего вакуума, Р = 40000…65000 Па;

 - вязкость фильтрата,  = 1 сПз;

М – период одного оборота барабана вакуум-фильтрата, мин;

R – сопротивление осада фильтрованию, см/г.

Период одного оборота барабана вакуу-фильтра, мин,

, (173)

здесь, t - продолжительность фильтрации, t = 24…370с.

Сопротивление осадка фильтрованию, см/г,

, (174)

при чем, r – удельное сопротивление осадка, принимается по табл.16.

Общее число вакум-фильтров

, (175)

здесь, n_p – число резервных вакуум-фильтров, принимается: при числе рабочих аппаратов до 3 единиц – n_p = 1; при числе рабочих аппаратов от 4 до 10 единиц – n_р = 2.

Таблица 14

Технические характеристики барабанных вакуум-фильтров

Показатель	Марка вакуум-фильтров
	БОУ-5-1,75	БОУ-10-2,6	БОУ-20-2,6	БОУ-40-3-4	БОУ-40-3-7 БОУ-40-3-8	БсхОУ-5-1,75	БсхОУ-10-2,6	БсхОУ-20-2,6	БсхОУ-40-3,4
Площадь поверхности фильтрования, м2	5	10	20	40	40	5	10	20	40
Диаметр барабана, мм	1762	2612	2612	3000	3000	1750	2600	2600	3400
Длина барабана, мм	960	1350	2702	4400	4400	1000	1330	2700	3800
Частота вращения барабана, мин-1	0,13…2	0,13…2	0,13…2	0,44…1,18	0,15…1,5	0,108…2,05	0,13…1,5	0,13…2	0,1…1,45
Мощность электродвигателя привода барабана, кВт	1,1	2,2	3	3,3…4,1	4	1,1	1,7	3	5,5

Таблица 15

Основные характеристики процесса вакуум-фильтрования

Характеристика обрабатываемого осадка	Удельная производительность по сухому веществу осадка, кг/(м2∙ч)	Влажность кека, %
1	2	3
Сброженный осадок из первичных отстойников	25…35	75…77
Сброженная в мезофильных условиях смесь осадка из первичных отстойников и активного ила, аэробно стабилизированный активный ил	20…25	78…80
Сброженная в термофильных условиях смесь осадка из первичных отстойников и активного ила	17…22	78…80
Сырой осадок из первичных отстойников	30…40	72…75
Смесь сырого осадка из первичных отстойников и уплотненного активного ила	20…30	75…80
Уплотненный активный ил станций аэрации населенных пунктов	8…12	85…87

Примечание. Для вакуум-фильтрования сырых осадков следует предусматривать барабанные вакуум-фильтры со сходящим полотном.

Таблица 16

Значения удельного сопротивления осадка фильтрованию.

Характеристика обрабатываемого осадка	Удельное сопротивление осадка r∙10-10, см/г
	Исходного или промытого	После коагуляции
1	2	3
Сброженный осадок из первичных отстойников	200…10000	10…60
Сброженная в мезофильных условиях смесь осадка из первичных отстойников и активного ила, аэробно стабилизированный активный ил	1300…8100	20…50
Сброженная в термофильных условиях смесь осадка из первичных отстойников и активного ила	1500…3000	15…35
Сырой осадок из первичных отстойников	50…1000	5…40
Смесь сырого осадка из первичных отстойников и уплотненного активного ила	150…500	15…40
Уплотненный активный ил станций аэрации населенных пунктов	1000…5000	5…40

Диаметр трубопровода подачи обезвоживаемого осадка к вакуум-фильтру определяется с использованием формул (28) и (27).

Количество кека, снимаемого с вакуум-фильтров, м³/сут,

. (176)

Расход фильтрата, м³/сут,

. (177)

Диаметр трубопровода для отвода фильтрата на очистку, м,

, (178)

где, v_ф – скорость движения фильтрата в трубопроводе, принимается при безнапорном двидении – v_ф = 0,8…1,0 м/с; при напорном движении – v_ф = 3 м/с.

Диаметр трубопровода для отвода фильтрата от одного вакуум-фильтра, м,

, (179)

здесь, v_ср – скорость движения фильтрата в трубопроводе, принимается аналогично предыдущей формуле.

Потребное количество воздуха на продувку фильтрующего полотна вакуум-фильтров, м³/мин,

, (180)

при этом, q_в – удельный расход воздуха, q_в = 0,1 м³/(м²мин).

Диаметры трубопроводов подачи воздуха к вакуум-фильтрам и к одному вакуум-фильтру, м,

, (181)

, (182)

где v_в и v_в – скорость движения воздуха в соответствующих трубопроводах, принимаются: для трубопроводов больших диаметров – 10…15 м/с; для трубопроводов малых диаметров – 4…5 м/с.

Общий расход отсасываемого от вакуум-фильтров воздуха при нормальных условиях, м³/мин,

, (183)

здесь, q_в – удельный расход отсасываемого воздуха, q_в = 0,5 м³/(м²мин).

Общий расход отсасываемого от вакуум-фильтров воздуха при рабочих условиях, м³/мин,

, (184)

где: P_о – давление воздуха при нормальных условиях, Р_о = 0,1Мпа;

T_о – температура воздуха при нормальных условиях, T_о = 273 ⁰К;

Р – давление воздуха при рабочих условиях (рабочий вакуум), Мпа;

T – температура воздуха при рабочих условиях, T = 288…303⁰К.

Диаметры трубопроводов для отвода отсасываемого от вакуум-фильтров и от одного вакуум-фильтра воздуха, м,

, (185)

. (186)

Для промывки фильтующего полотна используется очищеная сточная вода. Расходы этой воды, м³/мин, необходимые для всех вакуум-фильтров и для одного вакуум-фильтра определяются, соответственно, по формулам

, (187)

, (188)

здесь, q^ф_п – удельный расход промывной воды, q^ф_п = 0,004 м³/(м²мин) при добавлении – не менее 0,3 Мпа.

Диаметры трубопроводов подачи промывной воды, м, соответственно,

, (189)

, (190)

при чем, v – скорость движения воды в трубопроводах, v = 3 м/с.

Диаметры трубопроводов отведения промывной воды на очистные сооружения, м, соответственно,

, (191)

, (192)

где, v - скорость движения воды в трубопроводах, принимается: при безнапорном движении – 0,8…1,0 м/с; при напорном движении - 3 м/с.