Расчет ректификационной колонны

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Донецкий национальный технический университет

Кафедра «Химической технологии топлива»

Индивидуальное задание

по дисциплине «Моделирование и применение ЭВМ в химической технологии»

по теме

Расчет ректификационной колонны

Выполнил студент группы                                                               Саламатова О.В.

                                                                  (подпись)

Проверил к.т.н, доцент                                                                         Ошовский В.В.

           (подпись)

Донецк 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1Стабилизация осадков сточных вод и активация ила в анаэробных и аэробных условиях

1.1           Анаэробное сбраживание

1.1.1 Сооружения для стабилизации осадка в анаэробных условиях

1.2 Аэробная стабилизация

2 Обезвоживание осадков сточных вод

2.1 Обезвоживание осадков на иловых площадках

2.2 Механическое обезвоживание осадков

2.2.1 Процессы и оборудование для механического обезвоживания осадков

3Обеззараживание осадков сточных вод

3.1 Биотермическая обработка осадков сточных вод

3.2 Термическое обеззараживание осадков

3.3 Химическое обеззараживание осадков

4 Термическая сушка осадков сточных вод

5 Сжигание осадков сточных вод

6 Утилизация осадков городских сточных вод

ВВЕДЕНИЕ

В процессах механической, биологической и физико-химиче­ской очистки сточных вод на очистных сооружениях образуются различного вида осадки, содержащие органические и минеральные компоненты.

В зависимости от условий формирования и особенностей от­деления различают осадки первичные и вторичные.

К первичным осадкам относятся грубодисперсные примеси, которые находятся в твердой фазе и выделены из воды такими методами механической очистки, как процеживание, седимента­ция, фильтрация, осаждение в центробежном поле. К вторичным осадкам относятся примеси, первоначально находящиеся в воде в виде коллоидов, молекул и ионов, но в процессах биологической или физико-химической очистки воды или обработки первичных осадков образующие твердую фазу.

Обработка осадков, выделяемых в процессах очистки сточных вод, проводится с целью получения конечного продукта, нанося­щего минимальный ущерб окружающей среде или пригодного для утилизации в производстве.

Эта цель достигается осуществлением трех основных процессов в различных технологических последовательностях: стабилизаци­ей, придающей осадкам способность не выделять вредные продуктыразложения при длительном хранении; обезвоживанием, обеспе­чивающим минимальный объем осадков; обеззараживанием, де­лающим осадок безопасным по санитарно-бактериологическим показателям.

1СТАБИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД И АКТИВАЦИЯ ИЛА В АНАЭРОБНЫХ И АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ

Стабилизация первичных и вторичных осадков достигается пу­тем разложения органической части до простых соединений или продуктов, имеющих длительный период ассимиляции окружа­ющей средой. Эффект стабилизации осадка может быть получен разными методами — биологическими, химическими, физичес­кими, а также их комбинацией. Целесообразность применения того или иного метода стабилизации определяется рядом условий, главными из которых являются вид осадков, их количество, воз­можность и условия дальнейшего использования, наличие терри­тории для их размещения.

Наибольшее распространение получили методы биологической анаэробной и аэробной стабилизации.

1.1Анаэробное сбраживание

Эффективность процессаанаэробного сбраживания оценивает­ся по степени распада органического вещества, количеству и со­ставу образующегося биогаза, которые, в свою очередь, определя­ются химическим составом осадка, а также такими основными технологическими параметрами процесса, как доза загрузки ме-тантенка, температура, влажность загружаемого осадка. Кроме того, существенную роль играют такие факторы, как режим за­грузки и выгрузки осадка, система его перемешивания и др.

В органическом веществе основную часть (до 80%) составляют жиры, белки и углеводы. Именно за счет их распада образуется все количество выделяющегося биогаза, в том числе 60—65% — за счет распада жиров, остальные 40—35% приходятся примерно по­ровну на долю углеводов и белков. Отсюда следует, что при сбраживании осадков первичных отстойников, содержащих больше жиров, образуется больше газа, чем при сбраживании активного ила, в котором больше белков. Даже при очень длительной про­должительности пребывания осадка в метантенке указанные ком­поненты органического вещества распадаются не полностью. Имеется максимальный предел сбраживания и, следовательно,максимальный выход газа с единицы распавшегося вещества, ко­торые существенно различны у жиров, белков и углеводов. Разли­чен и состав выделяющегося газа.

Пределы распада не зависят от температуры, но скорость рас­пада каждого компонента с повышением температуры возраста­ет.

Диапазон температур,при котором возможно образование ме­тана в анаэробных микробных процессах, довольно широк. В при­роде метан образуется при температурах от 0 до 97 °С. Различают три основные температурные зоны жизнедеятельности микроор­ганизмов: психрофильная — до 20 °С; мезофильная — от 20 до 45 °С; термофильная — от 45 до 70 °С.

Наибольшее практическое применение в обогреваемых метантенках нашли два температурных режима: мезофильный 32—35 °С и термофильный 52—55 °С.

В необогреваемых сооружениях (септиках, двухъярусных от­стойниках) анаэробное брожение происходит в психрофильной зоне при температурах, определяемых климатическими услови­ями.

Термофильный режим сбраживания имеет преимущества перед мезофильным, так как позволяет уменьшить объемы сооружений, кроме того, обеспечивает глубокое обеззараживание осадков не только от патогенной микрофлоры, но и от гельминтов. Однако недостатком термофильного сбраживания является низкая водоотдающая способность сброженного осадка. В свою очередь, ме­зофильный режим сбраживания не обеспечивает обеззараживания осадка, требует больших объемов метантенков, но позволяет по­лучить сброженный осадок, лучше поддающийся последующему обезвоживанию.

На процесс брожения оказывают ингибирующее действие не­которые органические и неорганические вещества, которые могут содержаться в осадках в значительных концентрациях. К ним в первую очередь относятся тяжелые металлы, сульфиды, синтети­ческие поверхностно-активные вещества, хлорированные углево­дороды.

1.1.1Сооружения для стабилизации осадка в анаэробных условиях

При небольшом количестве осадков применяют септики и двухъярусные отстойники, которые являются комбинированными сооружениями; в них происходят осветление сточной воды и сбраживание (перегнивание) выпавшего осадка. Биологический про­цесс разложения органической массы в этих сооружениях проис­ходит экстенсивно под влиянием внешних условий. Интенсивный процесс минерализации требует создания специальных условий, оптимально обеспечивающих все его фазы. Для его осуществления применяют метантенки и аэробные минерализаторы.

Схема метантенка представлена на рис. 1.1.

1 — битумная обмазка; 2 — клинкерная кладка; 3 — теплоизоляция; 4 — контрольный люк; 5 — газосборная горловина; 6 — труба для отвода газа;7 — механический смеситель; 8 —переливная труба; 9 — выпуск осадка с разных уровней; 10 — направляющая труба для циркуляции иловой смеси;11 — трубопровод для подачи пара на обогрев;12 — труба выпуска сброженногоосадка;

13 — труба подачи осадка; 14 — труба для опорожнения метантенка

Рисунок 1.1 - Схема метантенка

Основными конструктивными элементами метантенков, вы­полняющими определенные технологические функции, являются: система подачи осадков на сбраживание и выгрузки стабилизиро­ванного осадка; система подогрева; система перемешивания бро­дящей массы; система сбора и отвода выделяющегося газа.

Система подачи и выгрузки осадков.В различных конструкциях метантенков подача осадка на сбраживание может осуществляться либо через общую для всех метантенков загрузочную камеру, либо насосом непосредственно в каждый метантенк. Осадок подают вверхнюю зону метантенка, а выгружают из самой нижней точки днища. Максимальное удаление друг от друга трубопроводов по­дачи и выгрузки предотвращает попадание несброженного осадка в выгружаемую массу. Кроме того, при постоянной выгрузке сброженной массы из нижней части удается замедлить процесс нако­пления песка, который вместе с осадком из первичных отстойни­ков попадает в метантенк.

Система подогрева осадков. В отечественной практике подогрев осадка наиболее часто осуществляют острым паром. Пар низкого давления с температурой 110—112 °С подается во всасывающую трубу насоса при подаче и перемешивании осадка или непосред­ственно в метантенк через паровой инжектор. Инжекторы уста­навливаются в каждом метантенке. Забирая в качестве рабочей жидкости осадок из метантенка и подавая смесь его с паром сно­ва в метантенк, паровой инжектор обеспечивает и подогрев осад­ка, и частичное перемешивание бродящей массы.

Система перемешивания бродящей массы. Перемешивание бро­дящей массы обеспечивает ее однородность во всем объеме ме­тантенка.С помощью циркуляционных насосов осуществляется цирку­ляция бродящей массы со дна в верхнюю часть метантенка. На­личие в конструкции метантенка конусного днища предотвращает образование мертвых зон. Перемешивание ведется до тех пор, пока не произойдет полный обмен бродящей массы.

В некоторых конструкциях отечественных метантенков для пе­ремешивания используются пропеллерные мешалки, устанавли­ваемые под уровнем осадка, в трубе, расположенной в центральной части метантенка.

Использование принципа газолифта для перемешивания осад­ка предполагает забор осадка из-под купола метантенка или из газгольдера и введение его через вертикальные трубки в метантенк. Увеличение глубины подачи газа при одинаковом его расходе по­вышает эффективность перемешивания.

Система сбора и отвода газа.Для сбора газа на горловине ме­тантенка устанавливают газовые колпаки, от которых проклады­вается специальная газовая сеть из стальных труб с усиленной противокоррозионной изоляцией.

В процессе сбраживания осадков выделение газа происходит неравномерно. Для поддержания постоянного давления в газовой сети на тупиковых концах ее устанавливают аккумулирующие газ­гольдеры. Мокрый газгольдер состоит из резервуара, заполненно­го водой, и колокола, перемещающегося на роликах по вертикаль­ным направляющим. Вес колокола уравновешивается противо­давлением газа. Благодаря этому при изменении объема газа под колоколом давление в газгольдере и газовой сети остается посто­янным. Образующийся в метантенках газ используют как топливо. При невозможности сбора газа предусматривают его сжигание, используя специальное устройство — газовую свечу.

1.2 Аэробная стабилизация

Аэробная стабилизация осадков сточных вод — процесс окис­ления эндогенных и экзогенных органических субстратов в аэроб­ных условиях. В отличие от анаэробного сбраживания аэробная стабилизация протекает в одну стадию.

Аэробной стабилизации может подвергаться неуплотненный и уплотненный избыточный активный ил и его смесь с осадком первичных отстойников. При стабилизации только активного ила процесс можно рассматривать как завершающую ступень очистки сточных вод, когда при минимуме растворенных питательных веществ происходит самоокисление клеточного вещества микроор­ганизмов.

Степень распада органического вещества и продолжительность процесса зависят от соотношения количеств сырого осадка и ак­тивного ила, концентрации органических веществ, интенсивнос­ти аэрации, температуры и пр. Процесс аэробной стабилизации обычно происходит в психрофильно-мезофильной зоне жизнеде­ятельности микроорганизмов при температуре от 10 до 42 °С и затухает при температуре менее 8 °С. Степень распада органиче­ских веществ изменяется в среднем от 10 до 50 %, при этом жиры распадаются на 65—75%, белки — на 20—30%, а углеводы практи­чески не распадаются. В процессе аэробной стабилизации при мезофильных температурах наблюдается на 70—90% снижение со­держания кишечной палочки и других патогенных бактерий и вирусов, однако при этом яйца гельминтов не погибают.

Продолжительность процесса от 2 до 5 сут для неуплотненного ила, 6—7 сут для смеси неуплотненного ила и осадка из первичных отстойников, до 8—12 сут для смеси уплотненного ила и осадка. Удельный расход воздуха составляет 1—2 м³/ч на 1 м³ объема ста­билизатора при интенсивности аэрации не менее 6 м³/(м² ч).

Аэробная стабилизация осадков проводится обычно в соору­жениях типа аэротенков глубиной 3—5 м. Использование других емкостей, построенных на станциях аэрации, например переобо­рудованных отстойников, уплотнителей и неиспользуемых метантенков, может привести к ухудшению эффективности процесса и увеличению расхода электроэнергии.

Отстаивание и уплотнение аэробно стабилизированного осад­ка следует проводить в течение 1,5—5 ч в отдельно стоящих ило-уплотнителях или в специально выделенной зоне внутри стаби­лизатора. Влажность уплотненного осадка 96,5—98,5%. Отделенная иловая вода должна направляться в аэротенки.

Процесс аэробной стабилизации может осуществляться по не­скольким схемам (рис. 1.2).

Простейшей является схема «а», применяемая на очистных со­оружениях при отсутствии первичных отстойников. Возможна совместная стабилизация осадка из первичных отстойников с уплотненным активным илом (схема «б»).

Перспективной является схема «в» анаэробно-аэробной обра­ботки смеси осадка и ила. Анаэробный реактор работает как обыч­ный одноступенчатый метантенк, в котором при увеличении про­должительности сбраживания достигается глубокая стабилизация органического вещества с высоким выходом газа. Мезофильное сбраживание в течение 6 сут с последующей аэробной стабилиза­цией в течение 3—4 сут позволяет значительно улучшить водоотдающие свойства осадка. При сочетании термофильного сбраживания с аэробной минерализацией достигаются обеззараживание осадка и хорошие показатели влагоотдачи.

Аэробная стабилизация осадков обеспечивает получение био­логически стабильных продуктов, хорошие показатели влагоотда­чи, простоту эксплуатации и низкие строительные стоимости со­оружений. Однако значительные энергетические затраты на аэра­цию ограничивают целесообразность использования этого процесса на очистных сооружениях производительностью более 50—100 тыс. м³/сут. Аэробно стабилизированные осадки могут содержать возбудителей инфекционных заболеваний и требуют обеззараживания.

1 — подача сточной воды; 2 — решетка и песколовка; 3 — первичный отстойник;

4 — аэротенк; 5 — вторичный отстойник; 6 — очищенные сточные воды;7 — избыточный активный ил; 8 — уплотнитель; 9 — иловая вода;10 — стабилизатор; 11 — осадок из первичного отстойника;12 — стабилизированный осадок; 13 — метантенк

Рисунок 1.2- Схемы аэробной стабилизации осадка

2 ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

2.1 Обезвоживание осадков на иловых площадках

Иловые площадки являются старейшими сооружениями обра­ботки осадка сточных вод. Они предназначены для естественного обезвоживания осадков, образующихся на станциях биологической очистки сточной воды. Привлекательность этих сооружений объясняется простотой конструкций и легкостью экс­плуатации (рис 2.1).

По степени использования природных процессов площадки можно разделить на две основные категории: иловые площадки естественного обезвоживания и сушки и площадки интенсивного обезвоживания и сушки.

1 — кювет оградительной канавы; 2 — дорога; 3 — сливной лоток; 4 — щит под сливным лотком; 5 — разводящий лоток; 6 — дренажный колодец;7 — сборная дренажная труба; 8 — дренажный слой; 9 — дренажные трубы; 10 —съезд на карту; 11 —дренажная канава; 12 — шиберы; К1—К5 —колодцы

Рисунок 2.1-Иловые площадки на естественном основании с дренажем

К первой категории относятся площадки, в которых использу­ются природные процессы испарения и декантации без существен­ного изменения по сравнению с теми же процессами, происходя­щими в естественной среде. Как правило, это площадки на есте­ственном основании с поверхностным отводом воды и площадки-уплотнители.

Ко второй категории относятся площадки, в которых опреде­ленные факторы природного цикла видоизменены и интенсифи­цированы. Это площадки с искусственным основанием и дрена­жем, подогревом, созданием вакуума в дренажной системе, искус­ственным водонепроницаемым покрытием.

Применение того или иного вида площадок зависит от местных условий: специфики климата, наличия дополнительных источни­ков энергии, свободных площадей.

2.2 Механическое обезвоживание осадков

Осадки, образующиеся на очистных сооружения населенных мест, характеризуются неудовлетворительными показателями во­доотдачи, что затрудняет применение процессов их механическо­го обезвоживания. Для увеличения водоотдачи необходимо изме­нить структуру осадка. Изменение структуры осадков позволяет добиваться более глубокого и быстрого их обезвоживания. Про­цессы подготовки осадков к обезвоживанию называют кондицио­нированием.

Методы кондиционирования подразделяются на реагентные и безреагентные.

Реагентные методы предполагают использование для обработ­ки осадков неорганических реагентов (хлорное железо, сернокис­лое железо, известь) или органических высокомолекулярных со­единений — полиэлектролитов (ПЭ). Те и другие приводят к уве­личению влагоотдачи осадков.

В результате такой обработки удельное сопротивление осадка значительно снижается и осадок легче отдает воду. Кондициони­рование осадков минеральными реагентами имеет ряд существен­ных недостатков, к которым относятся: большой массовый расход; высокая коррозионная активность; трудности с транспортировкой и хранением; внесение большого количества (до 40%) дополни­тельных веществ.

Однако эти проблемы разрешимы при использовании органи­ческих высокомолекулярных реагентов полиэлектролитов.

Безреагентное кондиционирование осуществляется в основном методами тепловой обработки осадков.

Сущность метода тепловой обработки осадков состоит в их про­гревании в реакторе при температуре 140—200 °С в течение опре­деленного времени. Схема установки тепловой обработки осадка дана на рис. 2.2.

Исходный осадок после нагревания в теплооб­меннике обработанным осадком подается в реактор. В реакторе осадок выдерживается 60—75 мин при давлении 1,2—2 МПа. Для догревания осадка в реакторе используется острый пар.

В процессе тепловой обработки происходят распад органических веществ, в основном белков, их растворение и переход твердой фазы осадков в жидкую. При этом изменяется структура осадков, их золь­ность и частично химический состав, достигаются улучшение водоотдачи и обезвреживание осадков. Тепловой обработке могутподвергаться как сброженные, так и сырые осадки.

1 — дробилка; 2 — резервуар дробленого осадка; 3 — насос; 4 — теплообменник;5 — реактор; 6 — дросселирующее устройство; 7 — уплотнитель; 8 — вакуум-фильтр; 9 — подача пара; 10 — отвод иловой воды и фильтрата;11 — отвод кека

Рисунок 2.2 -Схема тепловой обработки и механическогообезвоживания осадков городских сточных вод

Одним из достоинств метода тепловой обработки является пол­ная стерильность обработанного осадка.

К недостаткам метода относятся сложность конструкции реак­тора, большие энергетические затраты и высокая концентрация органических веществ в иловой воде и фильтрате, которые необ­ходимо направлять на биологическую очистку. При тепловой об­работке выделяются дурно пахнущие газы, требующие предвари­тельной очистки перед выбросом их в атмосферу.

2.2.1 Процессы и оборудование для механического обезвоживания осадков

Обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах.Барабанный вакуум-фильтр — вращающийся горизонтально расположенный барабан, частично прогруженный в корыто с осад­ком (рис. 2.3).

1 — перфорированный барабан; 2 — латунная сетка; 3 — фильтровальная ткань;

4 — слой осадка; 5 — нож для съема кека; 6 — резервуар для осадка;7 — качающаяся мешалка; 8 — камеры барабана; 9 — соединительные трубки;10 — вращающаяся часть распределительной головки; 11 — неподвижная частьраспределительной головки; 12 — подача осадка на обезвоживание;13 — отведение кека; I — зона фильтрования и отсоса фильтрата;II— зона съема кека; III — зона регенерации фильтровальной ткани

Рисунок 2.3- Барабанный вакуум-фильтр

В зоне фильт­рования осадок фильтруется под действием вакуума. Затем осадок просушивается атмосферным воздухом. Фильтрат и воздух отво­дятся в общую вакуумную линию. В зоне съема осадка в секции подается сжатый воздух, способствующий отделению обезвожен­ного осадка от фильтровальной ткани. Осадок снимается с бара­бана ножом. В зоне регенерации ткань продувается сжатым воз­духом или паром. Для улучшения фильтрующей способности ткани через 8—24 ч работы фильтр регенерируют — промывают ингибированной кислотой или растворами ПАВ. Выпускаются барабанные вакуум-фильтры с фильтрующей поверхностью от 2,5 до 40 м².

Обезвоживание осадков сточных вод на фильтр-прессах.Фильтр-прессы применяют для обработки сжимаемых аморф­ных осадков. По сравнению с вакуум-фильтрами на фильтр-прес­сах получают осадки с меньшей влажностью. Фильтр-прессы применяют в тех случаях, когда осадок направляют после обезво­живания на сушку или сжигание или когда необходимо получить осадки для дальнейшей утилизации с минимальной влажностью.Период подачи осадка и образования слоякека обычно составляет 20—30 мин. Длительность выгрузки — око­ло 15 мин. Общая продолжительность фильтроцикла в среднем составляет 90 мин. При влажности исходного осадка 94—97% сни­мается кек влажностью 68—70%.

Результаты эксплуатации фильтр-прессов на очистных соору­жениях показали их надежность, высокую производительность и удобство обслуживания.

В отличие от вакуум-фильтров процесс фильтр-прессования осадков в камерных фильтр-прессах периодический.

В технологический блок фильтр-пресса (рис. 2.4) кондиционированный осадок подается на фильтр-пресс насо­сами при возрастающем давлении. Давление фильтрования под­нимается до 1,5 МПа.

1 — система приготовления флокулянта; 2 — система дозирования флокулянта; 3 — система подачи осадка; 4 — система смешения осадка с флокулянтом;5 — система промывки фильтровального полотна; 6 — система дожимамембран; 7 — система отвода капельных утечек и воды от промывки ткани;8 — система отвода обезвоженного осадка; 9 — резервуар исходного осадка;10 — подача воды питьевого качества; 11 — мембранно-камерный фильтр-пресс; 12 — отвод фильтрата; 13 — подача технической воды

Рисунок 2.4 -Технологическая схема механического обезвоживания осадков

на мембранно-камерном фильтр-прессе

Центрифугирование осадков — разделение твердой и жидкой фаз в поле центростремительных сил. Достоинствами этого мето­да являются простота, экономичность и управляемость процессом. После обработки на центрифугах получают осадки низкой влаж­ности.

Центрифугирование осадков производится с применением ми­неральных коагулянтов или ПЭ. При использовании ПЭ обезво­женный осадок имеет меньшую влажность, центрифуга — боль­шую разделяющую способность, а образующийся фугат — мень­шую загрязненность.

На практике для обработки осадков сточных вод применяют серийные, непрерывно действующие осадительные центрифуги типа ОГШ (рис. 2.5).

Основными элементами центрифуги являются конический ро­тор со сплошными стенками и полый шнек. Ротор и шнек враща­ются в одну сторону, но с разными скоростями. Под действием центростремительных сил твердые частицы осадка отбрасываются к стенкам ротора и вследствие разности частоты вращения ротора и шнека перемещаются к отверстию в роторе, через которое обез­воженный осадок (кек) поступает в бункер. Отделившаяся жидкая фаза (фугат) отводится через отверстия, расположенные с проти­воположной стороны ротора.

Технико-экономические расчеты эксплуатационные данные показывают, что применение центрифуг для обработки осадков сточных вод экономически целесообразно для станций пропуск­ной способностью 70—100 тыс. м³/сут.

1 — цилиндроконический ротор; 2 — шнек; 3 — неподвижный кожух; 4 — разгрузочные окна для осадка; 5 — питающая труба; 6 — вал ротора; 7 — планетарный редуктор; 8 — вал шнека; 9 — сливные окна для фугата; 10 — жидкостный объем ротора

Рисунок 2.5 -Принципиальная схема устройства центрифуги типа ОГШ

3ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Исследования санитарного состояния осадков, образующихся в процессах очистки сточных вод населенных мест, показывают, что не только первичные, но и сброженные в мезофильных усло­виях смеси содержат большое количество гельминтов и патогенных микроорганизмов. Попадая в благоприятные условия, яйца гель­минтов проходят инвазионную стадию развития и становятся спо­собными заражать людей и животных.

Во многих случаях задача обеззараживания осадков решается в основных процессах их обработки, например при термофильной стабилизации, тепловой обработке, термосушке и сжигании. Как самостоятельная она ставится в случае дальнейшего их использо­вания в сельском хозяйстве в качестве органического удобрения.

Широкое практическое применение для этих целей получили био- термические, термические и химические методы обеззараживания осадков.

3.1 Биотермическая обработка осадков сточных вод

Биотермический процесс разложения органических веществ осадков, осуществляемый под действием аэробных микроорга­низмов с целью стабилизации, обеззараживания и подготовки осадков к утилизации в качестве удобрения, называется компос­тированием.

Компостирование позволяет существенно сократить топливно- энергетические расходы на обеззараживание осадков и улучшить их санитарно-гигиенические показатели (вследствие гибели бо­лезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и Личинок мух). В процессе жизнедеятельности аэробных микроорганизмов про­исходят потребление и расход органических веществ, поэтому биотермический процесс наиболее эффективен при компостиро­вании сырых несброженных осадков. Возможно применение про­цесса биотермической обработки в сочетании с анаэробным сбра­живанием осадков в мезофильных условиях.

Процесс компостирования состоит из двух фаз. Первая фаза продолжается в течение I—3 недель и сопровождается интенсив­ным развитием микроорганизмов, а температура осадка повыша­ется до 50-80 °С. При этом происходит обеззараживание осадка и сокращение его массы.

Вторая фаза — созревание компоста — более длительная. Она продолжается от двух недель до 3—6 месяцев и сопровождается развитием простейших и членистоногих организмов, понижением температуры до 40 °С и ниже. Повышение температуры окружа­ющего воздуха интенсифицирует процесс разложения органиче­ских веществ.

В результате проведения процесса биотермической обработки получают компост в виде сыпучего материала влажностью 40—50%. Готовый компост не имеет запаха, не загнивает и является хоро­шим удобрением.

В последние годы разработаны и применяются различные спо­собы компостирования осадков, среди которых можно выделить механическое компостирование.

Для осуществления способа механического компостирования в качестве основного оборудования используют разнообразные кон­струкции механизированных реакторов-смесителей. Продолжи­тельность процесса компостирования в механизированных реак­торах-смесителях в среднем 7 сут.

3.2 Термическое обеззараживание осадков

При термическом режиме 52—56 °С в течение 5 мин погибают многие патогенные бактерии, при температуре 62—74 °С и време­ни экспозиции до 30 мин отмирают вирусы. Поэтому термическая пастеризация опасных в санитарном отношении осадков является обязательной стадией их обработки, особенно в технологических процессах, предусматривающих утилизацию осадка.

Обеззараживание радиационным термическим нагреванием обезвоженных осадков проводят на установках по дегельминтиза­ции, состоящих из ленточного конвейера с приемным бункером и газовых горелок инфракрасного излучения.

Для создания слоя осадка толщиной 10—25 мм бункер обору­дован подвижными стенками и регулировочными валами. Темпе­ратура прогревания осадка регулируется скоростью движения ленты, числом работающих горелок и толщиной слоя осадка. При движении по конвейеру осадок нагревается до температуры 60-65°С.

3.3 Химическое обеззараживание осадков

Для химического обеззараживания осадков применяют известь, аммиак, тиазон, формальдегид и мочевину. Остаточное содержа­ние в осадках названных веществ предотвращает реактивацию патогенных микроорганизмов и поддерживает стабильность осад­ков.

Добавление к осадкам извести повышает величину pH до 10 и более, они теряют запах, в них подавляется развитие санитарно-показательных микроорганизмов (кишечной палочки и энтерококка). Однако щелочная среда не оказывает существенного влияния на яйца гельминтов. Деструкция и гибель яиц гельминтов происходят при введении в осадки только негашеной извести, которая наряду с уве­личением щелочности осадков повышает их температуру.

Получают распространение способы обезза­раживания осадков химическими веществами, которые применя­ются либо для удобрения почвы, либо для уничтожения вредных почвенных микроорганизмов или сорняков. К таким веществам относятся аммиак (аммиачная вода), формальдегид и др.

Применение извести, аммиака, тиазона, формальдегида и мо­чевины позволяет использовать двойное их действие — на осадки и почву, что приводит к снижению эксплуатационных затрат на обеззараживание осадков и подготовку их к утилизации в качестве удобрения.

4 ТЕРМИЧЕСКАЯ СУШКА ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Термическая сушка предназначена для обеззараживания и уменьшения массы осадков сточных вод, предварительно обезво­женных. Этот прием упрощает задачу удаления осадков с территорий очи­стных станций и их дальнейшей утилизации.Осадок после термической сушки представляет собой незагни­вающий, свободный от гельминтов и патогенных микроорганизмов сухой сыпучий материал.

Наиболее распространен конвективный способ сушки, при ко­тором необходимая для испарения влаги тепловая энергия непо­средственно передается высушиваемому материалу теплоносите­лем — сушильным агентом. В качестве сушильного агента могут использоваться топочные газы, перегретый пар или горячий воз­дух.

Сушилки конвективного типа можно разделить на два типа. В сушилах первого типа осадок не смешивается с потоком сушиль­ного агента. Наиболее известный вид сушилок этого типа — ба­рабанные. Во втором типе сушилок частицы осадка перемещают­ся и перемешиваются потоком сушильного агента. Наиболее известный вид сушилок этого типа —сушилки со фонтанирующим слоем.

Барабанные сушилки работают по схеме с прямоточным движе­нием осадка и сушильного агента, в качестве которого применяют топочные газы. На рис. 4.1показана сушилка барабанного типа.

 Сушильный агрегат состоит из топки, сушильной камеры и вентиляционного устройства. Со стороны входа находится загру­зочная камера, а со стороны выхода — разгрузочная. Топка расположена со стороны входа в сушильную камеру. Для отсоса от­работавших газов устанавливают вентилятор. Барабан установлен наклонно к горизонту под углом 3—4°, опирается на катках и име­ет привод, от которого осуществляется вращение. Температура топочных газов на входе в сушилку 600—800 °С, на выходе из нее — 170—250 °С. Влажность поступающего в барабан осадка должна быть не более 50%, иначе он будет прилипать к внутренней по­верхности барабана. Для снижения влажности поступающего в барабан осадка к нему необходимо добавлять ранее высушенный осадок.

Барабанные сушилки имеют большую единичную производи­тельность, но малое напряжение по влаге, что обусловливает их большие габариты, массу и металлоемкость. Они имеют низкий кпд, требуют высоких капитальных затрат и относительно сложны в эксплуатации.

В последние годы широкое применение получили сушилки с  фонтанирующим слоем (рис. 4.2), где  влажный осадок с помощью питателя подается в сушильную ка­меру.

Теплоноситель, поступающий в ее нижнюю часть через газо­распределительную решетку, подхватывает частицы влажного осадка, увлекает их за собой и фонтаном отбрасывает к стенкам камеры. Частицы осадка сползают по боковым поверхностям ко­нуса к решетке, где вновь подхватываются потоком теплоносите­ля. Таким образом происходит циркуляция осадка в сушильной камере. Высушенный осадок выгружается через разгрузочное устройство.

5 СЖИГАНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Сжигание осадков осуществляют, если их утилизация в исход­ном виде невозможна или экономически нецелесообразна.

Сжигание — это процесс окисления органической части осад­ков до нетоксичных газов (диоксид углерода, водяные пары и азот) и золы. Перед сжиганием осадки должны быть или механически обезвожены, или подвергнуты термической сушке, или пройти оба этих процесса.

Возможное присутствие в газах при сжигании осадков токсич­ных компонентов может вызвать серьезные трудности при очистке этих газов перед выбросом их в атмосферу.

Процесс сжигания осадков состоит из следующих стадий: на­гревание, сушка, отгонка летучих веществ, сжигание органической части и прокаливание для выгорания остатков углерода.

Возгорание осадка происходит при температуре 200—500 °С. Прокаливание зольной части осадка завершается его охлаждени­ем. Температура в топке печи должна быть в пределах 700— 900 °С.

Установки для сжигания осадков должны обеспечивать полно­ту сгорания органической части осадка и утилизацию теплоты отходящих газов.

Для сжигания осадков наибольшее распространение получили многоподовые печи и печи кипящего слоя.

Многоподовая печь. Корпус многоподовой печи (рис. 5.1) представляет собой вертикальный стальной цилиндр, футерован­ный изнутри огнеупорным кирпичом. Топочное пространство печи разделено по высоте на семь — девять горизонтальных подов. В центре печи имеется вертикальный вал, на котором укреплены горизонтальные фермы гребковых устройств. Каждый под имеет отверстия, расположенные у одного пода на периферии, а у дру­гого — в центральной части.

Осадок подается конвейером через загрузочный люк в верхнюю камеру печи, перемещается гребками к пересыпному отверстию, сбрасывается на лежащий ниже под и т.д. Вертикальный вал и фермы гребковых механизмов выполняются полыми и охлажда­ются воздухом, подаваемым вентилятором.

На верхних подах осадок сушится, на средних органическая часть осадка сгорает при температуре 600—950 °С, а на нижних охлаждается зола перед сбросом в бункер. Из печи газы отводятся в мокрый пылеуловитель и дымососом выбрасываются в атмо­сферу.

Многоподовые печи просты и надежны в эксплуатации. К их недостаткам относятся высокая строительная стоимость, большие габариты, частый выход из строя гребковых устройств.

Печь кипящего слоя представляет собой вертикальный стальной цилиндр, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи имеются топочная камера, конусная часть с воздухораспре­делительной беспровальной решеткой и куполообразным сводом (рис. 5.2).

Обезвоженный осадок подается транспортером через загрузоч­ный бункер в печь. Попадая в кипящий слой песка, температура которого 750—800 °С, осадок интенсивно отдает влагу и измельча­ется. В кипящем слое происходят доиспарение влаги и горение осадка. Продолжительность процесса составляет 1—2 мин. Обра­зовавшаяся зола выносится из печи с потоком отходящих газов, которые по газопроводу поступают в рекуператор, затем в мокрый золоуловитель и далее дымососом выбрасываются в атмосферу. Основная масса воздуха на создание кипящего слоя и обеспечение горения подается воздуходувкой через рекуператор под колосни­ковую решетку печи. Если теплотворной способности осадка не­достаточно для поддержания процесса горения, в печь через го­релку вводится дополнительное топливо. Воздух щ горение, вто­ричное дутье, а также на охлаждение газов в газопроводе подается вентилятором. Восполнение потерь песка в кипящем слое осуще­ствляется из пескового бункера.

6 УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД

Осадки, выделяемые при очистке сточных вод городов и насе­ленных мест с малой долей неочищенных производственных сто­ков, по химическому составу относятся к ценным органомине­ральным смесям.

Осадки городских сточных вод целесообразно использовать главным образом в сельском хозяйстве в качестве азотно-фосфор­ных удобрений, содержащих необходимые для развития растений микроэлементы и органические соединения. Попадая в почву, осадок минерализуется, при этом биогенные и другие элементы переходят в доступные для растений соединения.

Активный ил представляет наибольшую ценность как органи­ческое удобрение, особенно богатое азотом и усваиваемыми фос­фатами. Содержание этих веществ в осадках определяется составом сточных вод и технологией их очистки. Отношение общего орга­нического углерода к азоту в среднем составляет 15:1. Накопления калия в почве не происходит, так как в осадках недостаточно это­го элемента.

Минеральная часть осадков представлена в основном соедине­ниями кальция, кремния, алюминия и железа. Поступление на очистные станции городов производственных стоков обусловли­вает присутствие в осадках ряда микроэлементов, таких, как бор, кобальт, марганец, медь, молибден, цинк.

Внесение осадков значительно уменьшает кислотность почв и увеличивает содержание азота, гумуса и фосфора. Особенно бла­гоприятно действует на кислые почвы осадок, обработанный из­вестью.

Содержание большого количества органических веществ (40— 70% массы сухого вещества) позволяет использовать осадки в ка­честве рекультиванта почв, у которых потерян верхний плодород­ный слой, что особенно важно для сохранения плодородия в усло­виях широкого применения минеральных удобрений, ухудшающих структуру почв, и возвращения сельскому хозяйству земель после использования их промышленностью.

Во многих городах и населенных пунктах, обслуживаемых цен­трализованными системами водоотведения, сточные воды содер­жат значительную долю разнообразных производственных стоков. Осадки, выделяемые в процессах очистки таких городских сточных вод, могут содержать вредные для растений и животных вещества (яды, химические соединения, радиоактивные вещества, сорняки). Микроэлементы (бор, марганец, медь, молибден, кобальт, цинк) при повышенных концентрациях также могут оказывать неблаго­приятное воздействие на рост растений и качество сельскохозяй­ственной продукции. Поэтому возможность использования осад­ков в сельском хозяйстве должна быть оценена с учетом присут­ствия в них этих соединений.

Перспективным направлением утилизации осадков сточных вод является их переработка с целью получения продуктов, ис­пользуемых в промышленном производстве и теплоэнергетике. Важно отметить, что для этого направления переработки осадков нет жестких ограничений по санитарным показателям и присут­ствию токсичных соединений. Благодаря этому возможно исполь­зование процессов утилизации осадков бытовых сточных вод в комплексе с переработкой других отходов населенных мест и про­мышленных предприятий.

ВЫВОД

Разнообразие и увеличение количества подлежащих обработке осадков сточных водвсе более усложняют задачу выбора технологий их обработки и утилизации.

Обработка осадков, выделяемых в процессах очистки сточных вод, проводится с целью получения конечного продукта, нанося­щего минимальный ущерб окружающей среде или пригодного для утилизации в производстве, что  достигается осуществлением трех основных процессов в различных технологических последовательностях: стабилизаци­ей, придающей осадкам способность не выделять вредные продуктыразложения при длительном хранении; обезвоживанием, обеспе­чивающим минимальный объем осадков; обеззараживанием, де­лающим осадок безопасным по санитарно-бактериологическим показателям.

Использование данных технологий позволяет эффективно решить проблемы по обработке осадков со снижением экологических платежей и эксплуатационных затрат. Получаемые после обработки осадки могут использоваться в сельском хозяйстве, для зелёного строительства и т.п.Использование этих методов позволяет снизить загрязнение воздушного бассейна и почв, как на территории очистных сооружений, так и на водоподготовительных станциях, за счёт утилизации водопроводных осадков.

ПЕРЧЕНЬ ССЫЛОК

1.Воронов Ю.В., Алексеев Е.В., Саломеев В.П., Пугачёв Е.А. Водоотведение: Учебник. — М.: ИНФРА-М, 2007 — 415 с.

2. Обработка и удаление осадков сточных вод. В 2-х т. Обработка осадков / Пер. с англ. Т. А. Карюхиной, И. Н. Чурбановой, И. X. Заена. М.: Стройиздат, 1985. Т.1.-236 с.

3. Туровский, И. С. Обработка осадка сточных вод. М.: Стройиздат, 1988. -256 с.