КАНАЛИЗАЦИЯ

Термическая обработка осадков

Термическая обработка позволяет в несколько раз снизить массу и объем осадка, получить сухой сыпучий продукт, полностью освобож­денный от патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов. Осадки

После термической обработки, в зависимости от их состава, могут быть нспользованы как органо-минеральное удобрение, либо в качестве кор­мовой добавки к рациону некоторых животных, либо как присадочный материал при обезвоживании и сушке осадка, а также в качестве твер­дого топлива.

Термическая сушка обезвоженного осадка. Для термической сушки осадка применяют сушилки различных конструкций: барабанные, лен­точные, пневматические, вальцовые, сушилки со взвешенным слоем.

Во всех типах сушилок, кроме вальцовой, использован конвективный способ сушки, при котором тепловая энергия, необходимая для испаре­ния влаги, непосредственно передается от теплоносителя осадку.

В качестве теплоносителя или сушильного агента чаще всего исполь­зуются топочные газы с температурой от 500 до 800° С. Применение вы­сокотемпературного теплоносителя позволяет сократить габариты су­шильных установок.

Для сушки обезвоженных осадков городских очистных сооружений наибольшее распространение получили барабанные сушилки с прямо­точным движением осадка и топочных газов.

На рис. 4.71 показана схема сушилки барабанного типа. Сушильный агрегат состоит из топки, сушильной камеры (барабана) и вентиляци­онного устройства. Осадок поступает в барабан через загрузочную ка­меру и удаляется из него через выгрузочную камеру.

Сушильный барабан устанавливают с углом наклона к горизонту 3—4°. Частота вращения барабаня 1,5—9 мин-1. Наклон барабана и его вращение обеспечивают движение материала под действием силы тя­жести от загрузочной камеры к выгрузочной.

20—11

Для измельчения осадка в начале и конце барабана подвешиваются корабельные цепи. В средней части сушилки устанавливаются лопаст­ные, секторные или винтовые насадки, обеспечивающие перемешивание осадка и равномерное распределение его по сечению барабана. Цепи и насадки интенсифицируют процесс сушки, обеспечивая большую пло - щать поверхности контакта между осадком и сушильным агентом.

Осадок сушится проходящими через сушилку топочными газами, получаемыми в результате сжигания газа в топке. При сжигании газа в топку подается избыточный объем воздуха. Движение топочных газов создается дутьевым и отсасывающим вентиляторами.

Для расчета сушилок основной величиной является масса испаряе­мой влаги. Эта величина зависит от типа сушилки, материала, темпера­туры и других факторов. По СНиП П-32-74 барабанную сушилку реко­мендуется рассчитывать на испарение 60 кг/ч влаги на 1 м3 объема ба­рабана при влажности обезвоженного осадка 78—80%, температуре то­почных газов на входе 700—800° С, на выходе 100—200° С. Влажность высушенного осадка поддерживают в пределах 30—35%, так как более глубокая сушка приводит к значительному пылению осадка и осложня­ет его транспортирование.

Размеры барабана сушилок, выпускаемых отечественными заводами, приведены в табл. 4.39.

Таблица 4.39

Основными недостатками барабанных сушилок являются их гро­моздкость и большая металлоемкость, высокие капитальные и эксплуа­тационные затраты.

Барабанные сушилки применяются и за рубежом. Например, на станции Лонг-Бич (Англия) барабанная сушилка установлена для окон­чательной сушки осадка после вакуум-фильтров. Барабан этой сушилки имеет длину 9,3 м и диаметр 1,87 м. Температура газов на входе в су­шилку 538° С, на выходе—188° С.

Поступающий осадок имеет влажность 70%, а подсушенный—40%. Сухой осадок измельчается в дробилке и продается как удобрение, что окупает 60% расходов по станции.

На многих очистных станциях США применяют пневматические су­шилки фирмы «Раймонд» (рис. 4.72). Обезвоженный осадок предвари­тельно смешивают с термически высушенным и измельчают в сушиль­ных мельницах. Осадок сушат в вертикальной трубе длиной до 20 м, по которой снизу вверх движется смесь топочных газов и взвешенных в их потоке часгиц осадка. Высушенный осадок с влажностью до 10% отделяют от отходящих газов в циклоне и с помощью раздаточного узла либо расфасовывают для отправки потребителю, либо подают в печь, где его сжигают вместе с дополнительным топливом, в качестве которо­
го используют городской мусор, нефть, мазут. Туда же отсасывающим вентилятором подают запыленные отходящие газы. Часть обезвоженно­го осадка шнековым питателем подают в сушильную мельницу.

В последнее время широко применяются сушилки со взвешенным слоем. В зависимости от гидродинамического режима сушки разли­чают аппараты с кипящим и фонтанирующим слоем.

Для сушки пастообразных материалов, к которым относится и обез­воженный осадок, наиболее перспективными являются сушилки с фон­танирующим слоем. Они представляют собой аппараты переменного по высоте сечения, цилиндро-конической или конической формы. Схема гакой сушилки приведена на рис. 4.73. Влажный осадок из бункера с по­мощью питателя подается в сушильную камеру. Теплоноситель, посту -

1 — вентилятор отсасывающий:

2 — циклон; 3 — раздаточный узел; 4 — вертикальная труба;

5 — мельница; 6 — печь

1 — буикер; 2 — питатель; 3 — переливней порог; 4 — разгрузочное устройство; 5 — ре­шетка; 6 — сушильная камера

Пающий в сушилку 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. Осадок таким образом циркулирует в сушильной камере. Высу­шенный осадок выгружается через разгрузочное устройство. Время обработки осадка можно изменять регулируя уровень выгрузки готово­го продукта с помощью переливного порога. Вместе с отработанным теплоносителем из сушилки выносится пылевидная часть осадка, кото­рая улавливается в циклоне и подмешивается в загрузочном бункере к влажному осадку.

В исследованиях, проведенных на кафедре канализации МИСИ им. В. В. Куйбышева, опытная цилиндро-коническая сушилка с фонта­нирующим слоем применялась для сушки осадков сточных вод фабрик первичной обработки шерсти. Эксперименты дали положительные ре­зультаты. Исследования показали также принципиальную возможность сушки осадков городских сточных вод в фонтанирующем слое.

По сравнению с другими типами сушилок и особенно барабанными сушилки с фонтанирующим слоем обладают рядом преимуществ: отсут­ствие движущихся частей, простота конструкции, возможность полной автоматизации процесса. Вследствие большой турбулентности фонтани­
рующего слоя происходит интенсивный тепло - и массообмен между твердыми частицами и газом. Интенсивное перемешивание частиц в слое приводит к быстрому выравниванию температур по всему объему су­шилки. Это устраняет возможность перегрева высушиваемого материа­ла, даже при использовании высокотемпературного теплоносителя, и приводит к значительному снижению расхода топочных газов и увели­чению коэффициента полезного действия сушилки.

Термическая сушка жидких осадков. Такой вариант обработки осад­ков требует большого расхода тепла на испарение влаги, что влечет за собой увеличение эксплуатационных расходов. Однако применение этого метода может быть оправдано только в отдельных случаях для суш­ки небольших объемов осадков, например для подготовки активного ила к использованию в качестве кормовой добавки к рациону сельскохо­зяйственных животных. Технология обработки ила для получения сухо­го кормового продукта должна обеспечить сохранность белково-вита - минного комплекса, а также полную санитарную безопасность продукта. Этим требованиям удовлетворяют распылительные сушилки и су­шилки со взвешенным слоем. Сушилки обоих типов при работе в «мяг­ком» режиме, т. е. при температуре теплоносителя не более 250° С, позволяют быстро обрабатывать термолабильные материалы, сохраняя их питательную ценность. В распылительных сушилках из высушиваемой суспензии образуется тонкодисперсное облако. Соприкасаясь с нагре­тым газом, вода мгновенно испаряется, а высушенный продукт вместе С потоком сушильного агента направляется в циклон для разделения. Недостатком распылительных сушилок является их громоздкость и низ­кое напряжение сушильной камеры по влаге, которое, по данным АКХ, при сушке уплотненного активного ила не превышало 9,7 кг/м3.

Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова проведе-* ны исследования по сушке уплотненного активного ила в сушилках с кипящим слоем инертного носителя. В качестве последнего могут быть использованы кварцевый песок, стеклянные шарики, фторопластовая крошка, а также гранулы высушенного материала. Схема такой сушил­ки представлена на рис. 4.74. Инертный носитель загружается на газо­распределительную опорную решетку, через которую в сушилку подается газ-теплоноситель. При определенной скорости газового потока частич­ки инертного материала переходят во взвешенное состояние. Такой взвешенный и расширенный слой инертного носителя напоминает кипя­щую жидкость, отчего и называется кипящим или псевдоожиженным. Активный ил, подлежащий сушке, с помощью форсунки вводится в слой инертного материала И; попадая на поверхность его частиц, быстро высушивается. Вместе с потоком отработанного теплоносителя высушен­ный продукт выносится из сушилки в циклон, где происходит их разде­ление. Напряжение сушильной камеры по испаряемой влаге( по данным АКХ) при сушке активного ила с влажностью 97,4—98% составляет 600—960 кг/(м3-ч) при температуре теплоносителя на входе 160—250° С.

В комбинированной сушилке-грануляторе типа РКСГ, разработан­ной Научно-исследовательским институтом удобрений и инсектофунги­цидов, совмещены принципы распыления и кипящего слоя. На первом этапе идет интенсивная сушка суспензий в распылительной части су­шилки, затем влажный материал досушивается и гранулируется в кипя­щем слое. Получение высушенного продукта в виде гранул уменьшает пыление.

Опытные образцы таких сушилок испытывали в АКХ и Мосводока - цалниипроекте. Получены положительные результаты.

Сжигание осадков. Для сжигания осадков в США, ФРГ и Японии применяют многоподовые печи, в ряде стран (Франция, Швейцария, США, ФРГ; Япония) для этой цели используют реакторы с кипящим слоем.

Принципиальная схема многоподовой печи приведена на рис. 4.75. Корпус печи выполнен в виде стального цилиндра диаметром 1—7 м, внутренняя поверхность которого футерована огнеупорным материалом. Печь имеет от 4 до 11 горизонтальных огнеупорных подов, расположен­ных один под другим. К вертикально­му вращающемуся валу над каждым подом прикреплены радиальные скре­бковые мешалки. Осадок подается че­рез загрузочное устройство на верхний под, перемешивается мешалками, сдвигается ими к центральному отвер­стию пода и попадает на нижележа­щий под. Перемещение осадка по это -

1 — корпус печи; 2 — огнеупор­ный под; 3—загрузочное уст­ройство; 4 — вращающийся вал; 5 — скребковые мешалки; б—ре­циркуляционный трубопровод; 7 — выгрузочное отверстие;

8 — воздуходувка

Му поду идет в противоположном направлении. На следующий под оса­док попадает через кольцевое отверстие, расположенное по периферии пода.

На верхних подах происходит сушка осадка, в результате которой влажность его с 70—80% снижается до 40—50%. В средней зоне печи при подаче избыточного (до 50%) объема воздуха, а при необходимости и топлива происходит сгорание осадка. Температура в этой зоне достига­ет 770—925° С. Воздух нагнетается воздуходувкой через вал, благодаря чему последний предохраняется от перегрева. По рециркуляционному трубопроводу нагретый примерно до 200° С воздух возвращается в зону сгорания. Такая циркуляция воздуха исключает необходимость его по­догрева. На нижних подах образовавшаяся при сгорании осадка зола охлаждается и через выгрузочное отверстие выпускается в зольный бункер. Отработанный газ с температурой 370—425° С после очистки в мокрых скрубберах выбрасывается в атмосферу.

Многоподовые печи надежны в эксплуатации и просты по конструк­ции. К числу их недостатков следует отнести высокую строительную стоимость и большие размеры.

Принципиальная схема установки для сжигания осадка в реакторе с кипящим слоем приведена на рис. 4.76. Обезвоженный осадок шнеко - вым питателем подается в кипящий слой инертного носителя — сили­катного песка. Псевдоожиженный слой образуется при продувании че­рез слой песка горячего воздуха. Сжигание ведется при небольшом (10—20%) избытке воздуха. При пуске установки и сжигании малока­лорийных осадков в реактор подают газообразное топливо. В кипящем слое при температуре около 750° С. происходит интенсивное перемеши­
вание осадка и песка. Частицы осадка измельчаются за счет соударения и взаимного трения с частицами инертного носителя. Происходит про­грев осадка, испарение влаги, сгорание горючих компонентов.

В отличие от многоподовых печей в реакторе с кипящим слоем не предусмотрены устройства для удаления золы. Образовавшаяся зола, состоящая из пылевидных частиц, выносится из реактора потоком газов и улавливается в мокром скруббере. Принимается такая скорость газо­вого потока, которая обеспечивает вынос только легкой фракции золы; более тяжелые частицы остаются в реакторе до тех пор, пока не будут достаточно измельчены.

Рис 4 76 Схема установки для сжига­ния осадков сточных вод в кипящем слое

1 — реактор с кипящим слоем, 2—теплообмен­ник, 3 — мокрый скруббер, 4 — гидроциклон; 5 — дутьевой вентилятор, 6—загрузочное уст­ройство — шнековый питатель; 7 — пусковая форсунка

Реакторы с кипящим слоем находят все более широкое применение для сжигания различных осадков. Обеспечивая высокую эффективность процесса, эти установки отличаются компактностью и простотой эксплу­атации. Их достоинством является также возможность полной автома­тизации процесса.