14 Ковальчук Очистка стічних вод

Табл. 14.31

Основні параметри типових проектів корпусів механічного зневоднення осадів на центрифугах ОГШ

Рис. 14.61. Схема корпусу механічного зневоднення осаду на центрифугах:

1 - центрифуга ОГШ-502К-4; 2 - бак для сирого осаду; 3 - решітка-дробарка РД-200; 4 - бак-розподілювач осаду; 5 - похилий конвейєр; 6, 7 - насоси; 8 - бак для фугату; 9 - горизонтальні конвейєри; 10 - кран підвісний ручний

561

Розроблені типові проекти цехів механічного зневоднення осадів на центрифугах (табл. 14.31, рис. 14.61). Не дивлячись на відмічені труднощі з обробкою фугату, центрифугування - це найбільш надійний і простий в експлуатації метод зневоднення осаду в діапазоні продуктивності очисних станцій від 1,4 до 150 тис. м3/добу. За кордоном широко застосовуються нові, так звані, прямоточні центрифуги, в яких, на відміну від протиточних центрифуг типу ОГШ, напрями згрібання шнеком осаду й руху фугату співпадають, внаслідок чого зменшується скаламучування осаду та покращується його розділення (в Україні випускається лише одна прямоточна центрифуга - ОГШ-1001 К-01). Використання прямоточних центрифуг і попередня обробка осадів флокулянтами дозволить розширити діапазон продуктивності цехів із центрифугами.

14.7. Знезаражування осадів

Як вже вказувалося в розділі 14.1, осади міських стічних вод вміщують значну кількість мікроорганізмів (в тому числі й патогенних), вірусів, яєць гельмінтів, сальмонел, є небезпечними в санітарному й інфекційному відношенні, а тому повинні піддаватись знезаражуванню. Ступінь знезаражування осадів контролюють за вмістом у них яєць гельмінтів, патогенних і умовно-патогенних бактерій, сальмонел, ентеробактерій та кишкової палички. При необхідності визначається вміст в осадах збудників різних захворювань. При використанні осадів як добрива в них не повинно бути сальмонел і життєдіяльних яєць гельмінтів, число кишкових паличок не повинно перевищувати 104, а ентерококів - 103 кл/л.

Осади можуть знезаражуватись у рідкому вигляді, після підсушування на мулових майданчиках і після механічного зневоднення.

Для знезаражування та знешкодження осадів можуть застосовуватись термічні (прогрівання, сушіння, спалювання), біотермічні (компостування), хімічні (обробка хімічними речовинами) й біологічні (знищення мікроорганізмів простішими, грибками й рослинами грунту) методи, а також різноманітні види фізичного впливу: радіація, струм високої частоти, ультразвук, ультрафіолетове опромінення тощо. У наш час на практиці застосовуються переважно термічні, біотермічні та хімічні методи знезаражування осадів.

Знезаражування рідких осадів нагріванням до температури 100 °С

при експозиції в декілька хвилин забезпечує загибель яєць гельмінтів і відмирання патогенних мікроорганізмів. При температурах 52-56 °С на протязі 5 хв гине багато патогенних бактерій, при температурах 62-74 °С і тривалості експозиції біля 30 хв відмирають віруси. Згідно СНиП 2.04.03-85 знезаражування та дегельмінтизацію сирих, мезофільно зброджених і аеробно стабілізованих осадів слід здійснювати шляхом їх прогрівання до 60 °С і витримування при

562

цій температурі не менше 20 хв. Однак, як показали результати досліджень, для повного знешкодження патогенних бактерій та яєць гельмінтів при температурі 60 °С тривалість експозиції повинна складати не менше 4 год. Знезаражування осаду при тривалості експозиції 20 хв забезпечується при температурах понад 75 °С.

Найчастіше термічну стабілізацію осадів здійснюють у трубчастих теплообмінниках, використовуючи в якості теплоносія гарячі гази чи пару, або в пристроях типу апаратів заглибленого горіння. Однак слід враховувати, що стабілізація втрачає сенс, якщо потім осад довго не утилізується, бо в ньому можуть повторно розвиватися мікроорганізми, небезпечні в санітарному відношенні.

Хімічне знезаражування осадів здійснюється у випадку подальшого використання їх у сільському господарстві в якості органічного добрива. Для хімічного знезараження осадів застосовують аміак, тіазон, формальдегід і сечовину. Залишковий вміст у осадах названих речовин відвертає реактивацію патогенних мікроорганізмів і підтримує стабільність осадів.

Закордоном, зокрема в США, значного поширення набула обробка осадів гашеним і негашеним вапном, в результаті чого досягається їх стабілізація й знезаражування, покращуються водовіддаючі властивості. Введення гашеного вапна в осад створює лужне середовище, що призводить до припинення процесів гниття та до загибелі яєць гельмінтів. Тривалість витримки осаду після обробки гашеним вапном повинна бути понад 2 доби при початковому рН біля 12,5. Ще більш ефективним є застосування негашеного вапна, при змішуванні якого з осадом температура останнього зростає до 55-70 °С за рахунок екзотермічних реакцій.

Радіаційний спосіб знезаражування осаду полягає в його обробці прискореними електронами й гамма-промінням дозою в 1 Мрад і вище, що повністю знищує патогенні бактерії та яйця гельмінтів. Після такої обробки осад може безперешкодно використовуватись як добриво. При опроміненні необхідно створювати рівномірний шар осаду товщиною, яка не перевищує проникаючу спроможність електронів.

Дегельмінтизація осадів, тобто знищення яєць гельмінтів, здійснюється, як у рідких, так і в механічно зневоднених осадах. Найбільш просто дегельмінтизують рідкі осади: в них вводять гостру пару й перемішують усю масу осаду для прогрівання до температури 60-65 °С.

Для дегельмінтизації механічно зневоднених осадів застосовується установка Академії комунального господарства (м. Москва). Вона складається з пластинчатого конвейєра з приймальним бункером і газових пальників інфрачервоного випромінювання (рис. 14.62). Усередині приймального бункера є спеціальні рамки, які формують на конвейєрі шар осаду товщиною 1025 мм. Рухаючись на конвейєрі, осад прогрівається до 60 °С. Такі установки

563

Рис. 14.62. Схема установки для дегельмінтизації осадів:

1 - регулювальні вали; 2 - приймальний бункер осаду; 3 - рухомі стінки бункера; 4 - мета-лева стрічка конвейєра; 5 - газові горілки інфрачервоного випромінювання; 6 - ви-тяжний зонт; 7 - конвейєр обробленого осаду

рекомендується застосовувати на станціях пропускною спроможністю до 2030 тис. м3/добу стічних вод.

Біотермічна обробка (компостування) осадів стічних вод. Ефек-

тивність біотермічного процесу залежить від фізико-хімічного складу осадів, умов життєдіяльності мікроорганізмів, типу наповнювача, умов аерації, гомогенізації та тепломасообміну. Розроблені технологічні схеми біотермічної обробки механічно зневоднених або підсушених на мулових майданчиках осадів стічних вод у штабелях із наповнювачами, в штабелях спільно з твердими побутовими відходами, в біобарабанах на сміттяпереробних заводах, у траншеях із перемішуванням, гомогенізацією й насиченням повітрям. В процесі біотермічного розпаду органічних сполук осадів під дією мікроорганізмів спостерігається перехід від мезофільного до термофільного режиму, в зв’язку з чим зростають швидкості біотермічних реакцій.

При здійсненні біотермічного процесу в аеробних умовах компостування осаду здійснюється з наповнювачами: твердими побутовими відходами, тирсою, листям, корою, сухим осадом стічних вод. Штабелі компосту мають висоту 1,5-3 м при природній і до 5 м - при примусовій аерації. Для формування штабелів застосовуюсять механізми - крани, бульдозери, екскаватори. Для аерації в основу штабеля вкладають перфоровані труби діаметром 100200 мм із отворами діаметром 5-10 мм. Витрата повітря складає 10-25 м3/год на 1 т органічної речовини осаду. Для збору поверхневого стоку по контуру траншеї влаштовуються лотки.

Компостовану масу необхідно вкрити будь-яким матеріалом для теплоізоляції й відвертання розмноження мух. Тривалість процесу компостування в штабелях складає 3-4 місяці. Компост одержується у виді сипкого мате-

564

ріалу. Він містить необхідні елементи для росту й розвитку рослин, речовини, що підвищують родючість грунтів, корисну мікрофлору.

При біотермічній обробці суміші осаду стічних вод і твердих побутових відходів останні перед компостуванням піддаються сортуванню й подрібненню, з них вилучаються чорні та кольорові метали. Якщо компостування суміші твердих побутових відходів і осаду здійснюється на заводах, що переробляють сміття, то в цьому випадку можуть застосовуватися спеціальні апарати - ферментери, біобарабани, а також штабелі з механізацією всіх робіт, пов’язаних із експлуатацією штабелів.

14.8. Термічне сушіння та спалювання осадів

Термічне сушіння осадів - це процес видалення вологи з осадів шляхом випаровування та відведення пари, що утворюється. Термічному сушінню звичайно піддають осади, попередньо зневоднені на вакуум-фільтрах, фільтр-пресах або центрифугах. Висушений осад - це порошкоподібний чи гранульований продукт вологістю 5-30 %. Сухий осад не загниває, не має неприємного запаху, легко транспортується, зручний для подальшої утилізації.

Відомі різноманітні способи термічного сушіння: конвективний, ра- діаційно-конвективний, контактний, сублімаційний, в електромагнітному полі. Найбільш розповсюджений конвективний спосіб сушіння, при якому теплова енергія, необхідна для випаровування вологи, передається безпосередньо осаду теплоносієм - сушильним агентом. В якості сушильного агента можуть використовуватися топкові гази, перегріта пара або гаряче повітря. Застосування топкових газів більш прийнятне, бо процес сушіння осаду відбувається при відносно високих температурах (500-800 °С), що дозволяє зменшити габарити сушильних установок і витрату енергії на транспортування відхідних газів.

Сушарки конвективного типу поділяють на дві групи. До першої відносяться такі сушарки, в яких, при проходженні сушильного агента через шар осаду, його частинки залишаються нерухомими - барабанні, стрічкові, щілинні й ін.; до другої групи відносяться сушарки, в яких частинки осаду переміщаються й перемішуються потоком сушильного агента - сушарки із завислим (псевдозрідженим) шаром (киплячим, фонтануючим, вихровим) і пневмосушарки.

Будь-яка сушильна установка складається із сушильного апарата й допоміжного обладнання: топки з системою подачі палива, подавача, циклона, скрубера, тягодувних приладів, конвейєрів і бункерів, контрольновимірювальних приладів і автоматики.

565

Барабанні сушарки працюють за схемою з прямоточним рухом осаду та сушильного агента, в якості якого застосовують топкові гази. Вони є найстарішими сушарками, які застосовуються для сушіння осадів стічних вод із 1936 р.

Сушильний агрегат складається з топки, барабанної сушильної камери та вентиляційного пристрою (рис. 14.63). З боку входу топкових газів знаходиться завантажувальна камера, а з боку виходу - розвантажувальна камера. Для відведення відпрацьованих газів встановлюють вентилятор. Сушильний барабан встановлений на катках похило до горизонту під кутом 3-4°. Обертання барабана здійснюється за допомогою вінцевої шестерні, яка знаходиться зовні, та електродвигуна з редуктором. Серійні барабанні сушарки випускаються діаметром 1-3,5 м і довжиною 4-27 м.

Температура топкових газів на вході в сушарку складає 600-800 °С, а на виході з неї - 170-250 °С. Осад переміщається до виходу з барабана завдяки його обертанню й руху топкових газів. Частота обертання барабана складає 1,5-8 хв-1. Для виключення можливості налипання осаду на внутрішню поверхню барабана, його рівномірного розподілу, подрібнення й перемішування до внутрішньої поверхні барабана підвішуються корабельні ланцюги. Це дає можливість завантажувати в барабанну сушарку осади вологістю 75-80 %.

Після сушіння в барабанній сушарці осад не загниває, не містить гельмінтів і патогенних мікроорганізмів, має вологість 20-30 %.

Барабанні сушарки мають велику одиничну продуктивність (до 2 т/год за випаровуваною вологою), але малу напругу по волозі, що зумовлює

Рис. 14.63. Барабанна сушарка:

1 - подача палива; 2 - подача повітря; 3 - топка зі змішувальною камерою; 4 - подача осаду в сушарку; 5 - завантажувальний пристрій; 6 - барабан сушарки; 7 - бандаж; 8 - вінцева шестерня; 9 - вивантажувальна камера; 10 - відхідні гази; 11 - сухий осад; 12 - опорні ролики; 13 - привід

566

їх значні габарити, масу та металоємність. Вони мають низький ККД, вимагають високих капітальних витрат і відносно складні в експлуатації.

Упневмосушарках сушіння осаду відбувається в трубах довжиною до 20 м. Вони відносяться до апаратів, які працюють в активному гідродинамічному режимі з високою інтенсивністю теплота масообміну між теплоносієм (топковими газами) і частинками осаду за так званою рециркуляційною схемою (перед завантаженням в сушарку механічно зневоднений осад змішується із сухим осадом для зменшення його вологості з 70-80 % до 40-50 % і запобігання його злипання й грудкування). Тривалість процесу сушіння в пневмосушарках складає декілька секунд. Перемішування й подрібнення осадів здійснюється в млинах-дробарках чи за допомогою системи шнекових подавачів-грануляторів.

УСША, ФРН й інших країнах Заходу для сушіння механічно зневоднених осадів отримали поширення горизонтальні та вертикальні пневматичні труби-сушарки, які випускаються фірмами «Раймонд» і «Рапід».

Пневматична труба-сушарка фірми «Раймонд» являє собою вертикальну трубу довжиною до 20 м, в якій відбувається рух знизу вгору топкових газів і завислих у їх потоці частинок осаду (рис. 14.64). Висушений осад вологістю 10-15 % відділяють від відхідних газів у циклоні та за допомогою роздавального вузла розфасовують або подають у піч, де спалюють. Туди само відсмоктувальним вентилятором подають запилені відхідні гази. Частина висушеного осаду повертається в шнековий подавач, де змішується з новими порціями механічно зневодненого осаду.

Рис. 14.64. Схема установки з пневматичною трубою-сушаркою фірми «Раймонд»: 1 - розгінна труба; 2 - млин-дробарка; 3 - пневматична труба-сушарка; 4 - циклонпилоуловлювач; 5 - шнековий подавач; 6 - конвейєр; 7 - фасовочна машина; 8 - димососи; 9 - дезодораційна колона; 10 - теплообмінник; 11 - вентилятор; 12 - топка

567

Подальшою модифікацією процесу, який здійснюється в пневмосу-

шарках, є сушіння осаду в сушарках із зустрічними струминами димових газів. Суть способу сушіння в зустрічних струминах полягає в тому, що частинки осаду, знаходячись у завислому стані в гарячому газовому потоці, тобто утворюючи разом із ним так звану газозавись, рухаються по співвісним горизонтальним трубам назустріч одні одним і в результаті ударної зустрічі струмин вступають у коливальний рух, проникаючи з однієї струмини в іншу. Це призводить до збільшення істинної концентрації матеріалів у зоні сушіння. За достатньо високих швидкостей сушильного агента відбувається подрібнення осаду, збільшується сумарна площа поверхні теплота масообміну.

Основними елементами установки є апарат із зустрічними струминами, який виконаний у вигляді двох горизонтальних розгінних труб, що врізаються у вертикальну пневмотрубу, і повітряно-прохідний сепаратор (рис. 14.65). Зневоднений осад, який підлягає сушінню, стрічковим конвейєром подається в бункер для вологого осаду, а звідти - у два двовалкові шнекові подавачі, куди з класифікатора зсипається частина висушеного осаду. Сушильний агент, що генерується спалюванням газу чи мазуту в топкових камерах, через сопла розгінної труби надходить у сушильну камеру, в яку з подавача надходить суміш зневодненого й сухого осадів. За рахунок ударного злиття двох потоків газу й осаду відбувається диспергування та інтенсивне сушіння останнього. Із сушильної камери суміш осаду та газу по пневмотрубі надходить у сепаратор, де відбувається досушування, відділення газів і розділення частинок за фракціями: крупні частинки повертаються в бункер, а мілкі - в той само бункер і на конвейєр сухого осаду. Газовий потік, який вміщує мілку фракцію сухого осаду, надходить у циклони (осад повертається в бункер) і далі послідовно проходить швидкісний промивач - трубу Вентурі,

Рис. 14.65. Схема сушарки із зустрічними струминами:

1 - розгінна труба; 2 - сопло; 3 - камера згоряння; 4 - подача стисненого повітря; 5 - подача палива; 6 - двовалковий шнековий подавач; 7 - з’єднувальна пневмотруба; 8 - рециркуляція сухого осаду; 9 - повітряно-прохідний сепаратор; 10 - пристрій для очистки відхідних газів; 11 - бункер для сухого осаду; 12 - приймальна камера; 13 - подача зневодненого осаду

568

відцентровий скрубер і димосос, що забезпечує видалення газів від усього тракту сушіння. Повітря подається в топки повітродувками, які передбачені в складі установки чи насосно-повітродувної станції очисних споруд.

Рис. 14.66. Схема корпусу термічного сушіння осаду в сушарках із зустрічними струминами:

1 - камера згоряння; 2 - двовалковий шнековий подавач; 3 - бункер для зневодненого осаду; 4 - сопло; 5 - розгінна труба; 6 - труба Вентурі; 7 - скрубер; 8 - димосос; 9 - стрічковий конвейєр; 10 - конвейєр сухого осаду; 11 - повітряно-прохідний сепаратор; 12 - батарейний циклон

569

На основі сушарок із зустрічними струминами марки СВС-3,5-5 розроблені типові проекти корпусів сушіння осадів стічних вод (табл. 14.32, рис. 14.66). Сушарка СВС-3,5-5 має продуктивність за випаровуваною вологою 3500-5000 кг/год, за абсолютно сухою речовиною осаду - 1250-1900 кг/год і забезпечує сушіння осаду з початковою вологістю 75-85 % до вологості 10-40 %.

Таблиця 14.32

Типові корпуси термічного сушіння осадів із сушарками СВС-3,5-5

Сушарки з киплячим шаром застосовуються для сушіння осадів стічних вод на станціях аерації США, Великобританії, ФРН, Франції й інших країн, починаючи з 1960 р. В Українському інституті інженерів водного господарства дослідженням таких сушарок тривалий час займався канд. техн. наук А.І. Терещук із співробітниками [27].

Сушарка з киплячим шаром осаду являє собою циліндро-конічний резервуар (рис. 14.67). Висушуваний осад розміщується на газорозподільній решітці, під яку знизу подаються димові гази. За певної швидкості руху газів шар осаду розширюється, його об’єм і висота збільшуються, частинки осаду починають переміщуватись одна відносно іншої. Утворюється так званий псевдорідкий шар осаду в якому значно інтенсифікуються процеси теплота масообміну. Частинки осаду сповзають по боковій поверхні конуса до решітки, де знову підхоплюються потоком теплоносія - таким чином осад циркулює в сушильній камері. Висушений осад вологістю біля 10 % відводиться із сушарки за допомогою розвантажувального пристрою з рухомим порогом. Подача в сушарку механічно зневодненого осаду здійснюється за допомогою шнека. Для зменшення початкової вологості осаду до 50 % він змішується з частиною вже сухого осаду.

Температура топкових газів на вході в сушарку не перевищує 500 °С, а на виході з сушарки складає 150 °С. Сушіння активного мулу в такому «м’якому» режимі дозволяє зберегти його білково-вітамінний комплекс. Іншими перевагами сушарок із киплячим шаром є простота їх конструкції, надійність, відсутність деталей, які труться чи обертаються, можливість регулювання та автоматизації роботи, регулювання тривалості сушіння й інтенсивності теплообміну. Недоліком сушарок є певна складність завантаження осадом у вигляді гранул та їх рівномірного розподілу в об’ємі псевдорідкого

570