Реконструкция участка обработки осадков очистной станции канализации г. Челябинска (стр. 11 из 20)

Центрифуга и ленточный фильтр-пресс имеют приблизительно одинаковую производительность. Оба оборудования работают в непрерывном режиме и надежно выполняют задачи обезвоживания осадка. Выбор между ними зависит от инвестиционных и эксплуатационных расходов, надежности, долговечности, удобства эксплуатации и доступности сервиса [9].

В большинстве случаев решение определяется с учетом местных условий. Возможное затягивание реконструкции или строительства песколовок и значительная потребность центрифуг в регулярном сервисном обслуживании, практически исключает ее использование.

В отличие от центрифуги, ленточный фильтр-пресс выглядит технически более сложным, однако расходует значительно меньше электроэнергии. Главной проблемой можно считать регулярную замену ленты (в каждые 1 – 2 года, в зависимости от интенсивности эксплуатации). Ленточные фильтр-прессы не чувствительны к песку. К отрицательным сторонам относятся: большое количество деталей, острые частицы осадка могут прорезать ленту, не закрытые поверхности, из-за чего сложнее обеспечить чистоту воздуха машинного отделения обезвоживания ила.

Помимо вышеупомянутых двух главных групп оборудования, меньший, но устойчивый сегмент рынка занимают фильтр-прессы с камерами, работающими под давлением. Главное их преимущество заключается в том, что с применением кондиционирующих средств соли железа (III) и извести (а в случае сброженного осадка также и полиэлектролита), при давлении 10 - 16 бар можно достичь 30 - 50%-ое содержание сухих веществ в обезвоженном иле. Трудоемкость периодической операции уменьшается за счет применения механизированного удаления кека. Из-за значительных инвестиционных расходов и относительной сложности эксплуатации системы такое оборудование эксплуатируется только на крупных очистных сооружениях или при предъявлении специальных требований. С учетом челябинских условий, преимущества этого метода могут быть значительными.

Большая разница находится между камерным фильрт-прессом и ленточным фильтр-прессом. Мощный камерный фильтр-пресс является надежным, не слишком дорогим и простым оборудованием. К недостаткам можно отнести циклический режим работы и инвестиционные расходы, превышающие затраты на оборудование других систем.

В качестве вывода можно заключить, что преимущества применения камерного фильтр-пресса проявляются в основном не на стадии очистки стоков. А при дальнейшей обработке и депонировании. В таком случае выбор в основном аргументируется тем, что снижается количество вывозимого осадка и значительно проще размещать осадок на иловой площадке обработанной неорганическим кондиционером [11].

3.4 Обеззараживание обезвоженного осадка

Самым важным вопросом размещения и утилизации осадков, образующихся на очистных сооружениях, является присутствие человеческих или животных патогенных микроорганизмов. Санитарно-эпидемиологические службы во всем мире отрицательно оценивают такое свойство осадков, поэтому обеззараживание его является важным решением проектировщиков и инвесторов, на которое влияют также и требования и возможности на месте работ.

Удаление патогенных микроорганизмов может проводиться несколькими методами:

1. Методы, основанные на термообработке.

Делятся на три вида по выбору источника энергии для нагревания осадка:

- тепловая энергия, обеспечиваемая традиционными источниками энергии (включая биогаз, образующийся при сбраживании в метантенках);

- тепловая энергия, образующаяся в процессе аэробного биологического разложения (аэробное компостирование в твердой или в жидкой фазе);

- тепловая энергия, образующаяся в процессе прочих химических реакций.

2. Химические способы, или обеззараживание облучением.

Менее распространены в практике обработки осадков, по причине высоких расходов и опасности.

Способы обеззараживания осадков теплом весьма разнообразны:

- различными, прямыми и косвенными способами сушки осадков;

- сжиганием осадка

Сушка и сжигание вместе с обеззраживанием имеет разные специфические преимущества и недостатки. В обоих случаях уменьшается объём осадка, с этим могут снижаться и расходы на его размещение. Облегчается сельскохозяйственное размещение высушенного осадка.

Среди недостатков можно перечислить высокие расходы и сложность систем для сжигания. Решающим фактором является то, что в пепле после сжигания концентрация тяжёлых металлов будет всегда больше, чем в иле. Поэтому зола будет относиться к опасным отходам.

Тепловая стерилизация осадка перед обезвоживанием в некоторых случаях может давать значительные преимущества. Суть процесса заключается в том, что в сгущённом осадке, разогретом до 140°С, под действием температуры погибают все живые существа. Белки денатурируются при высокой температуре, поэтому обезвоживаемость осадка будет значительно лучше, чем после кондиционирования полиэлектролитом. После такой обработки, в зависимости от системы обезвоживания можно получить осадок с содержанием сухих веществ 40 - 50%. Значительным недостатком процесса является, что под действием высокой температуры значительная часть органики переходит в раствор и этим нагружает систему очистки сточных вод.

Главным источником тепла различных способов компостирования является тепловая энергия, полученная путём аэробного биологического окисления органических веществ осадка.

В международной практике распространен способ компостирования, применяемый в сельском хозяйстве. Преимущества данного способа проявляются только при наличии определённых качественных параметров осадка. В нашем случае содержание тяжёлых металлов в осадке относительно высокое, поэтому преимущества вышеописанного способа не могут быть использованы.

Другой способ обеззараживания осадка, не требующий дорогого оборудования, специальных знаний и значительных инвестиций, это перемешивание обезвоженного ила с негашеной известью (СаО). Известь вступает в реакцию с остаточным содержанием воды и всегда присутствующим углекислым газом. При этом высвобождается значительное количество тепловой энергии химического происхождения.

Важным является то, что ил, смешанный с СаО, относительно быстро затвердевает и превращается в такой материал, по которому можно ходить, что облегчает его складирование.

В экзотермической реакции между водой и СаО высвобождается энергия 273 ккал/кг СаО. Если известь вступает в реакцию с С0₂, возникает теплота 773 ккал/кг СаО. В результате химических реакций настолько повышается температура смеси ила и извести, что погибают патогенные микроорганизмы, присутствующие в осадке. Второе влияние тепловой энергии, что в результате испарения снижается влажность смеси.

Важно с точки зрения обеззараживания, что под действием извести увеличивается рН смеси и это также способствует гибели микроорганизмов.

Потребность процесса в СаО зависит от:

- содержания СаО в материале, использованного в качестве источника СаО. (В процессе могут быть использованы материалы, содержащие СаО, являющиеся в других местах отходом производства);

- химической характеристики органических и неорганических составляющих обработанного осадка;

- содержания влаги и вязкости обработанного осадка.

- возможности перемешивания осадка и материала, содержащего СаО.

При перемешивании СаО со сброженным обезвоженным осадком относительно большое количество аммиака может попасть в окружающую среду. Поэтому нужно обеспечить вытяжку для системы перемешивания, а аммиак нужно удалить из воздуха [5].

3.5 Утилизация биогаза, образующегося в процессе сбраживания осадка

Ожидаемая теплотворная способность биогаза, возникающего в процессе сбраживания осадка, составляет 6,2 - 6,4 кВтч/Нм³. Эту энергию биогаза, скапливающуюся в значительных количествах, следует использовать, во-первых, для разогрева обрабатываемого осадка, а во-вторых, для восполнения тепловых потерь метантенков. Остающаяся после этого энергия может быть свободно использована. С самым лучшим коэффициентом полезного действия биогаз используется в газовом двигателе. В этом случае из сожженного биогаза вырабатывается электроэнергия (35 - 39%) и тепловая энергия для отопления (максимум А - 50%). Потери в случае утилизации биогаза в газовом двигателе в лучшем случае составляют около 15%.

С точки зрения безопасности, наряду с утилизацией биогаза в газовом двигателе следует предусмотреть возможность сжигания биогаза в газовом факеле и в котельной [7].

4. Расчетная часть

4.1 Расчет количества образующегося осадка

4.1.1 Сырой осадок

Количество сырого осадка первичных отстойников определяется по формуле (1) [3]:

, т/сут (1)

где С – начальная концентрация взвешенных веществ;

Э – эффект задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках в долях единицы (обычно принимают 0,5 – 0,6);

К – коэффициент, учитывающий увеличение объема осадка за счет крупных фракций взвеси, не улавливаемых при отборе проб для анализа, принимают равным 1,1 – 1,2;

Q – приток сточных вод на очистную станцию, м³/сут.

т/сут

Объем осадка в сутки влажностью 97% по формуле (2) составит:

, м³/сут (2)

где W_ос – влажность сырого осадка;

ρ_ос – плотность сырого осадка, которую для упрощения принимают равной 1

м³/сут

4.1.2 Избыточный активный ил

Количество избыточного активного ила по сухому веществу определяется по формуле (3):