Обработка осадков производственных сточных вод (стр. 2 )

Эффективность задержания сухого вещества осадка зависит от:

1) приведенной поверхности осаждения центрифуги (индекса производи-тельности);

2) продолжительности нахождения осадка в роторе.

Индекс производительности центрифуги:

I = F Ф,

где F – поверхность сливного цилиндра центрифуги;

Ф – фактор разделения, равный:

Ф = ,

где ω – угловая скорость вращения ротора, рад/с;

r – радиус ротора, м;

g – ускорение свободного падения, м/с2.

Таким образом,

I = F

Центрифуги могут быть классифицированы по следующим

характерным признакам:

а) по характеру протекания процесса центрифуги делят на машины периодического и непрерывного действия;

б) по технологическому назначению или принципу разделения различают следующие типы центрифуг: осадительные (отстойные) и фильтрующие;

в) по основному конструктивному признаку центрифуги бывают горизонтальные (с горизонтальным расположением вала); вертикальные; наклонные; подвесные с верхним приводом; подвесные с нижним приводом и др.

г) по способу выгрузки осадка из ротора различают центрифуги с ручной, ножевой, шнековой, механико-пневматической выгрузкой и др.

В отстойных центрифугах со сплошными стенками происходит разделение суспензий по принципу отстаивания. Причем действие сил тяжести заменяется действием центробежной силы.

В фильтрующих центрифугах с проницаемыми стенками осуществляют процесс разделения суспензий по принципу фильтрования, причем вместо разности давлений используется действие центробежной силы (рис. 2).

Рис.2 − Схема фильтрующей центрифуги периодического действия:

1 − питающая (загрузочная) труба; 2 − закраина ротора; 3 − перфорированная стенка ротора; 4 − дренажная сетка; 5 − фильтровальная ткань; б − кожух.

Потоки: I − суспензия; II − фильтрат; III – осадок.

Основное преимущество горизонтальных центрифуг с ножевой выгрузкой осадка (рис. 3) состоит в возможности проведения всех стадий процесса в автоматическом режиме и при постоянной частоте вращения ротора. К недостаткам следует отнести измельчение кристаллов при срезе осадка и большие трудности регенерации фильтрующей перегородки при обработке суспензии с нерастворимой твердой фазой.

Рис. 3 − Схема горизонтальной центрифуги с ножевой выгрузкой осадка:

1 − разгрузочный бункер; 2 − питающая труба; 3 − механизм для среза осадка;

4 − воздушник; 5 − кожух; 6 − ротор; 7 − опоры вала; 8 − вал; 9 − станина;

10 − клиноременная передача; 11 – электродвигатель

Наибольшее распространение получили горизонтальные шнековые центрифуги.

Общий конструктивный признак таких центрифуг − горизонтальное расположение оси конического или цилиндроконического ротора 3 с соосно расположенным внутри него шнеком 4. Ротор и шнек вращаются в одном направлении, но с различным числом оборотов, в результате чего образующийся осадок перемещается шнеком вдоль ротора. Ротор установлен на двух опорах и приводится во вращение от электродвигателя через планетарный редуктор. Суспензия подается по питающей трубе 1 во внутреннюю полость шнека, откуда через окна обечайки шнека поступает в ротор. Под действием центробежной силы происходит ее разделение и на стенках ротора осаждаются частицы твердой фазы. Осадок транспортируется шнеком к выгрузочным окнам 2, расположенным в узкой части ротора. Осветленная жидкость (фугат) течет в противоположную сторону к сливным окнам 6, переливается через сливной порог и выбрасывается из ротора. Диаметр сливного порога можно регулировать с помощью сменных заслонок или поворотных шайб. Ротор закрыт кожухом 5 с перегородками, отделяющими камеру 7 (для фугата) от камеры 8 (для осадка).

Осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка предназначены в основном для разделения суспензий с нерастворимой твердой фазой и применяются для обезвоживания кристаллических и зернистых продуктов, классификации материалов и осветления суспензий. Такие центрифуги успешно применяются в качестве первой ступени сепарирования при переработке нефтешлама.

Главное достоинство этих центрифуг − непрерывность процесса и высокая производительность при низком удельном расходе энергии и массе машин. К недостаткам таких центрифуг следует отнести невысокую степень обезвоживания осадка, невозможность проведения в машине качественной его промывки, а также быстрый износ шнека и ротора при обработке абразивных продуктов.

Рис. 4 − Схема осадительной горизонтальной центрифуги со шнековой выгрузкой осадка:

1 − питающая труба; 2 − выгрузочные окна; 3 − ротор; 4 − шнек; 5 − кожух; б − сливные окна; 7 − камера для фугата; 8 − камера для осадка.

Потоки: I − суспензия; II − фугат; III − осадок

4 Стабилизация. Анаэробное сбраживание осадков

Анаэробное сбраживание – процесс разложения органических веществ до конечных продуктов, в основном CH4 + CO2 в результате жизнедеятельности комплекса микроорганизмов в анаэробных условиях. При проведении этого процесса CH4 + CO2 образуются в количестве 90-95% от количества разложившегося органического вещества. Остальные 5-10% расходуются на воспроизведение бактериальных клеток. Рассматриваемый процесс применяют для обработки сырых осадков из отстойников. Избыточного активного ила или их смеси.

Анаэробное сбраживание осадков −сложный биохимический процесс, зависящий от многих физических (температура, концентрация сухого вещества, степень перемешивания, нагрузка по беззольному веществу, время ) и химических (рН, щелочность, концентрация летучих кислот, элементов питания и токсичных веществ) факторов. Смесь CH4 + CO2 называется биогазом. Теплота сгорания биогаза равна 18-24 МДж/м3 (теплота сгорания метана 37,3 МДж/м3).

Анаэробное метановое сбраживание включает 4 взаимосвязанные стадии:

1) ферментативный гидролиз сложных органических веществ;

2) кислотообразование с выделением низших карбоновых кислот, аминокислот; спиртов; H2 и CO2 (кислотогенная стадия);

3) ацетогенная стадия превращения летучих карбоновых кислот, аминокислот и спиртов в CH3COOH;

4) метаногенная стадия – образование CH4 из CH3COOH иCO2+H2.

Первая стадия часто является лимитирующей.

Ацетогенная стадия осуществляется 2-мя группами бактерий. Первая осуществляет процессы:

CH3CH2COOH + 2 H2O = CH3COOH + CO2 + 3H2

CH3CH2COOH + 2 H2O = 2CH3COOH + 2H2;

Вторая группа – использует H2 для восстановления СO2

4H2 + CO2 = CH3COOH = 2H2O

На 4-ой стадии метан образуется 2-мя путями:

CH3COOH = СH4 + CO2

CO2 + 3H2 = CH4 + H2O

Конструктивно метантенки представляют железобетонные или стальные вертикальные резервуары цилиндрической формы с жестким перекрытием и коническим или плоским днищем. Одноступенчатые (низконагруженные) метантенки могут иметь объем 1100, 2500, 5000 и 9000м3.

Продолжительность процесса сбраживания в них достигает 30-50 сут., а нагрузка по беззольному веществу составляет (0,7-1,3)∙103 мгО/дм3. Для них характерны и небольшой подогрев и отсутствие перемешивания. В них распадается до 50% органического вещества осадка, осадок хорошо расслаивается и уплотняется в нижней части метантенка.

Рис.5 − Схема устройства метантенка:

1 – приемная труба; 2 – подача пара; 3 – трубопровод циркулирующего осадка;

4 – выпуск иловой воды; 5 – выпуск сброженного осадка; 6 – насос для циркуляции и перемешивания осадка; 7 – гидроэлеватор.

Чаще используют высоконагруженные метантенки, в которых интенсификация процесса сбраживания достигается за счет хорошего подогрева осадка, непрерывного перемешивания для равномерного распределения осадка и улучшения контакта микроорганизмов со сбраживаемым субстратом и перехода на непрерывную загрузку. Продолжительность процесса сбраживания в них достигает 15-20 суток. Подогрев и горизонтальное перемешивание осадка в метантенках осуществляют острым паром, а вертикальное перемешивание − центробежными насосами. Здесь не происходит отделения иловой воды, поэтому осуществляют переход на двухступенчатое сбраживание. В технологическую схему обработки осадков последовательно включают 2,3 или 4 метантенка в зависимости от требуемой производительности. Образующийся биогаз рекомендуется направлять в котельные очистных сооружений в качестве топлива.

5 Кондиционирование осадков. Тепловая обработка осадков

Реагентная обработка − наиболее известный и распространенный способ кондиционирования. При реагентной обработке происходит коагуляция коллоидных частиц. Основные минеральные коагулянты, используемые при реагентной обработке осадков это соли железа, алюминия и известь, которые вводят в обрабатываемый осадок в виде 10%-ных растворов. Наиболее эффективным является FeCl3 в сочетании с известью. Дозы внесения составляют 5-8% и 15-20% (на сухое вещество осадка) соответственно.

Общими недостатками перечисленных минеральных реагентов их дефицитность, высокая стоимость, коррозионность, трудности при транспортировке, хранении, дозировке.

Для кондиционирования применяют также синтетические флокулянты, к основным достоинствам которых относятся отсутствие коррозионных свойств, низкие затраты на транспортировку.

Тепловая обработка считается перспективным методом, особенно для органических осадков, имеющих зольность 30-40 %

Сущность этого метода состоит в следующем. Осадок нагревается в герметическом резервуаре типа автоклава до температуры 150-200°С и выдерживается 0,5-2 ч. Температура нагрева и продолжительность выдерживания зависят от свойств осадка и определяются обычно экспериментально. В процессе обработки до 40% сухого вещества осадка переходит в раствор. Осадок после тепловой, обработки за короткий период времени уплотняется до влажности 92-94%. Объем уплотненного осадка достигает 20-30 % первоначального. Осадок приобретает хорошие водоотдающие свойства, стерилен. Уплотненный осадок хорошо обезвоживается на вакуум-фильтрах (до 65-70%) и фильтр-прессах.