Механическое обезвоживание осадка

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Н.В. Растрыгин

Охрана вод

Сооружения для обработки осадков сточных вод

Методические указания к выполнению курсового проекта

Санкт–Петербург

УДК 628.33

ББК

Рецензент:

Доцент Н.В. Растрыгин

Растрыгин Н.В. Охрана вод. Сооружения для обработки осадков сточных вод: Методические указания к выполнению курсового проекта.- СПб: СПГУВК, 2005 – 129 с.

Представлены методики расчета и схемы основных типов сооружений для обработки осадков сточных вод.

Предназначены для студентов гидротехнического факультета, обучающихся по специальности 320600 – "Комплексное использование и охрана водных ресурсов" в качестве методических указаний к курсовому проекту, выполняемому в рамках дисциплины «Охрана вод», а также могут быть использованы при выполнении курсовой работы по дисциплине «Экология техногенных объектов» и дипломных проектов по специализации 320605 «Защита и восстановление природных и техногенных комплексов».

Могут быть рекомендованы студентам других факультетов при изучении дисциплин природоохранного направления.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

УДК 628.33

ББК

© Н.В. Растрыгин, 2005

© Санкт-Петербургский государственный

университет водных коммуникаций, 2005

Содержание

Введение………………………………………………………………..4

1. Уплотнение осадка………………………………………………………5

1.1. Вертикальные уплотнители…………………………………………6

1.2. Радиальные уплотнители…………………………………………..20

1.3. Флотационные уплотнители……………………………………….29

2. Сбраживание осадка…………………………………………………...53

2.1. Метантенки…………………………………………………………54

2.2. Аэробные стабилизаторы…………………………………………..65

3. Механическое обезвоживание осадка………………………………...80

3.1. Вакуум-фильтры……………………………………………………81

3.2. Фильтры-прессы……………………………………………………91

3.3. Система промывки осадка…………………………………………96

3.4. Реагентное хозяйство при обезвоживании осадка фильтрованием……………………………………………………..99

3.5. Центрифуги………………………………………………………..104

4. Сушка осадка………………………………………………………….109

4.1. Иловые площадки…………………………………………………110

4.2. Сушилки……………………………………………………………118

5. Обеззараживание осадка……………………………………………..122

6. Кондиционирование осадка………………………………………….124

7. Сжигание осадка……………………………………………………...126

8. Хранение и складирование осадка…………………………………..128

Список литературы………………………………………………………129

Введение

Осадок, образующийся при очистке сточных вод (сырой осадок из песколовок и первичных отстойников, избыточный активный ил, флотоконцентрат и др.) должен подвергаться обработке с целью обезвреживания, снижения его влажности и объема. Компоновку технологической схемы (выбор методов обработки осадка и сооружений, в которых они реализуются, а так же последовательность этапов обработки) следует осуществлять с учетом местных условий (климатических, геологических, гидрогеологических, градостроительных, агротехнических и пр.), эффективности утилизации самого осадка и попутных продуктов (например, метана, выделяющегося в процессе анаэробного сбраживания) его переработки, складирования неутилизируемых компонентов и очистки отделяемой воды на основе физико-химических и теплофизических характеристик осадка и способности его к водоотдаче.

Состав указанной схемы определяется сочетанием нескольких из нижеприведенных методов:

- уплотнение (сгущение);

- сбраживание (стабилизация);

- механическое обезвоживание;

- сушка;

- обеззараживание;

- компостирование;

- кондиционирование;

- сжигание;

- складирование и хранение;

- утилизация.

При разработке технологии обработки осадков городских и близких к ним по составу производственных сточных вод надлежит, в первую очередь, предусматривать (при наличии соответствующего заключения контролирующих органов) их использование в качестве органоминеральных удобрений. Кроме того, при необходимом обосновании допускается совместно перерабатывать обезвоженные осадки с твердыми бытовыми отходами на территории канализационных очистных сооружений или мусороперерабатывающих заводов.

Уплотнение осадка

Уплотнение предназначено для повышения концентрации сухого вещества осадка за счет удаления из него значительной части несвязанной воды. Применяется, как правило, в качестве первой ступени обработки сырых осадков сточных вод и избыточного активного ила, кроме того, для концентрирования сброженных осадка и избыточного активного ила, по отдельности или совместно.

В настоящее время различают гравитационное уплотнение и флотационное уплотнение (сгущение). Первое реализуется в вертикальных и радиальных уплотнителях, конструкция и принцип действия которых аналогичны соответствующим отстойникам, используемым при очистке сточных вод. Второе – во флотационных уплотнителях (сгустителях).

Гравитационные уплотнители наиболее эффективны для обработки тяжелых структурированных легко уплотняемых осадков и активных илов с низким иловым индексом, а флотационные – плохоуплотняемых осадков с высоким содержанием мелких частиц и активных илов с высоким иловым индексом. Окончательный же выбор способа уплотнения следует осуществлять на основе технико-экономических расчетов.

Применение уплотнителей в технологических схемах обработки осадка сточных вод в значительной степени позволяет уменьшить объем сооружений и затраты энергии, необходимые для последующей его обработки, и, следовательно, снизить капитальные и эксплуатационные вложения в комплекс канализационных очистных станций.

Вертикальные уплотнители

В зависимости от назначения вертикальные уплотнители (рис. 1) рассчитываются по максимальному часовому притоку сырого осадка, избыточного активного ила или их смеси. При этом, максимальный расход сырого осадка принимается в соответствии с режимом работы сооружений очистки сточных вод, в которых он образуется (песколовок, отстойников, флотаторов и т.д.) В общем случае его можно определить по формуле, м³/ч,

где: V_oci – объем осадка, накапливаемого в i – сооружении очистки сточных вод с учетом режима его работы, м³;

t_oci – продолжительность выгрузки осадка, из i – го сооружения

t_oc = 0,5…2,0 ч.

Максимальный часовой расход избыточного активного ила от аэротенков определяется по каждой ступени биологической очистки в отдельности, м³/ч,

здесь: P_maxj – максимальное содержание избыточного активного ила для аэротенков в j –й ступени, г/м³;

Q – суточный расход сточных вод, м³/сут;

С_j – концентрация уплотняемого избыточного активного ила, выходящего из отстойников рассматриваемых аэротенков, г/м³.

Максимальное содержание избыточного активного ила, г/м³,

при чем: k_mj – коэффициент месячной неравномерности прироста активного ила для аэротенков j –й ступени, k_mj=1,15…1,2;

P_j – прирост активного ила для аэротенков j –й ступени, г/м³.

Прирост активного ила, г/м³,

где: P_1j – прирост активного ила для одного из рассматривемых аэротенков, т/ч (принимается из расчета отстойников к этому аэротенку);

q_uuj – расход избыточного активного ила, отводимого из отстойников указанного аэротенка, м³/ч;

N_j – количество рабочих аэротенков в рассматриваемой ступени биологической очистки сточных вод.

В общем случае максимальный часовой приток уплотняемого осадка, м³/ч,

при этом: n – число сооружений очистки сточных вод, в которых образуется осадок предусматриваемый к совместной обработке;

i – порядковый номер сооружения;

N – количество ступеней биологической очистки сточных вод с использованием аэротенков;

j – порядковый номер ступени биологической очистки сточных вод.

Усредненная влажность смеси сырых осадков и избыточных активных илов, %,

где: W_1i – влажность сырого осадка от i – го сооружения очистки сточных вод, %,

W_1j – влажность избыточного активного ила от аэротенков j – й ступени, %.

Глубина рабочей части уплотнителя, м,

здесь: v – скорость движения жидкости в уплотнителе, U£0,1 мм/c (обычно, U=0,05…0,07 мм/с);

t – продолжитльность уплотнения осадка, ч (табл. 1 и 2, рис. 1)

Примечание. Глубина рабочей части вертикального уплотнителя должна быть не более 3,8 м. Если это условие не выполняется, следует применить радиальные уплотнители.

Таблица 1

Средние значения продолжительности уплотнения и влажности сырых и уплотненных осадков из сооружений очистки сточных вод

Таблица 2

Средние значения продолжительности уплотнения и влажности избыточных и уплотненных активных илов

Эффективность обезвоживания осадка, %,

при этом, W₂ – влажность уплотненного осадка, %: для сырых осадков принимается по табл. 1, для избыточных активных илов – по табл. 2, для смеси сырых осадков и избыточных активных илов - W₂ = 95,5…97,0 %.

Полезная площадь поперечного сечения уплотнителя, м²,

здесь: q_ж – максимальный расход жидкости, отделяемой в процессе уплотнения осадка, м³/ч;

n_у – количество рабочих уплотнителей, n_у = 2…4.

Максимальный расход жидкости, м³/ч,

Площадь поперечного сечения центральной впускной трубы, м²,

где, v_тр - скорость движения уплотняемого осадка в центральной трубе, v_тр £ 0,1 м/с.

Общая площадь уплотнителя, м²,

Диаметр уплотнителя, м,

Примечание. Диаметр вертикального уплотнителя должен быть не более 9 м, а количество рабочих уплотнителей не более 4. Если эти условия не выполняются, следует применить радиальные уплотнители.

Диаметр центральной трубы, м,

Диаметр и высота раструба центральной трубы, м,

Глубина погружения центральной трубы, м,

Диаметр отражательного щита, м,

Высота зазора между нижней кромкой раструба центральной трубы и отражательным щитом, м,

где, v_з – скорость движения осадка в зазоре, v_з £ 20 мм/с.

Глубина осадочной части уплотнителя, м,

здесь: d₂ – диаметр нижнего основания конического днища уплотнителя, м;

b - угол наклона стенок конического днища к горизонту, b = 50…60⁰.

Диаметр нижнего основания днища уплотнителя, м,

при чем: k₂ – безразмерный коэффициент, k₂=1,1…1,25;

d_oc – диаметр трубопровода для удаления уплотненного осадка, м.

Диаметр трубопровода для удаления осадка, м,

где: q_oc1 – расход уплотненного осадка от одного уплотнителя, м³/ч;

v_oc – скорость движения осадка в трубопроводе, v_ос £ 0,1 м/с.

Расход уплотненного осадка, м³/ч,

здесь: V_ос1 – объем уплотненного осадка в одном уплотнителе, м³;

t_oc – продолжительность выгрузки осадка, t_oc = 0,5…2,0 ч.

Объем уплотненного осадка, м³,

при чем, t_ил – продолжительность пребывания уплотненного осадка в осадочной части уплотнителя, t_ил = 4…12 ч.

Полная высота уплотнителя, м,

где, h₃ – высота бортов уплотнителя, h₃ = 0,3 м.

Высота слоя уплотненного осадка в уплотнителе, м,

Расстояние от поверхности слоя уплотненного осадка до отражательного щита, м,

Примечание. Расстояние от поверхности слоя уплотненного осадка до отражательного щита должно быть не менее 0,3 м. Если это условие не выполняется, следует скорректировать продолжительность пребывания указанного осадка в уплотнителе (t_ил). При недостаточности указанной корректировки допускается увеличить количество рабочих уплотнителей, но в пределах оговоренных выше границ. Если и этого окажется не достаточным, нужно применить радиальные уплотнители.

Диаметр трубопровода подачи уплотняемого осадка в уплотнитель, м,

здесь, v¢_тр – скорость движения осадка в трубопроводе, v¢_тр = 3 м/с.

Диаметр подводящего коллектора, м,

Диаметр трубопровода для отвода отделенной жидкости на очистку, м,

где, v¢¢_тр – скорость движения жидкости в трубопроводе, при безнапорном движении - v¢¢_тр = 0,8…1,0 м/с, при напорном движении - v¢¢_тр = 3 м/с.

Диаметр коллектора, подводящего отделенную жидкость к очистным сооружениям (как правило, к первичным отстойникам), м,

при этом, v¢¢¢_тр – скорость движения жидкости в коллекторе (обычно, движение жидкости осуществляется в напорном режиме, т.е. v¢¢¢_тр = 3 м/с).

Ширина водосборного лотка, м,

здесь, k_л - безразмерный коэффициент, k_л = 1,1…1,25.

Глубина жидкости в водосборном лотке, м,

где, v_л – скорость движения жидкости в лотке, v_л = 0,8…1,0 м/с.

Высота водослива, м,

при чем, Dh – высота водослива над уровнем жидкости в водосборном лотке, Dh = 0,3…0,5 м.

Высота наружного борта водосборного лотка, м,

Наружный диаметр водосборного лотка, м,

Расход уплотненного осадка, отводимого от уплотнителей на дальнейшую обработку, м³/ч,

Диаметр коллектора, отводящего уплотненный осадок на дальнейшую обработку, м,

Радиальные уплотнители

Радиальные уплотнители (рис.3) отличаются большей эффективностью уплотнения осадков. Они позволяют за более короткое время достичь тех же результатов, что рассмотренные ранее сооружения. Поэтому их применяют при больших расходах осадков, подлежащих уплотнению.

В случае когда уплотнитель предназначен для концентрирования сырых осадков, основные размеры сооружения определяются исходя из необходимого полезного (рабочего) объема, м³,

при чем, q_max – максимальный приток уплотняемого осадка, м³/ч, определяемый аналогичным вертикальным уплотнителям;

t – продолжительность уплотнения, ч (табл. 3).

Таблица 3

Средние значения продолжительности уплотнения и влажности сырых и уплотненных осадков из сооружений очистки сточных вод

Полезная площадь уплотнителя, м²,

где, h₁ – рабочая глубина уплотнителя, h₁=1,5…5,0 м.

При уплотнении избыточного активного ила или смеси сырого осадка с избыточным активным илом расчет сооружения производится по нагрузке на площадь зеркала уплотнителя. Тогда полезная площадь F_пол, м², и рабочая глубина h₁, м, будут равны, соответственно:

здесь: q₀ – расчетная нагрузка на площадь зеркала уплотнителя, м³/(м²×ч), принимаемая в зависимости от усредненной концентрации поступающего на уплотнение избыточного активного ила С_ил (усредненной концентрации ила в смеси сырого осадка и избыточного ила С) (табл.4));

t – продолжительность уплотнения, определяемая для избыточного активного ила по табл.5, а для смеси сырого осадка и избыточным активным илом – по рис.4 в зависимости от усредненной концентрации ила в смеси.

Усредненная концентрация ила в избыточном активном иле, г/л,

где: С_илj – концентрация ила по сухому веществу в избыточном активном иле от аэротенков j – ой ступени, г/л.

Таблица 4

Расчетная нагрузка на площадь зеркала радиального уплотнителя

Усредненная концентрация ила в смеси сырого осадка и избыточного активного ила, г/л,

Далее расчет производится не зависимо от вида уплотняемого осадка.

Рис. 4. Зависимость продолжительности уплотнения от концентрации избыточного активного ила

Общая площадь уплотнителя, м²,

при чем, f_k – площадь зеркала уплотнителя, ограниченная полупогружным кожухом, м².

Таблица 5

Средние значения продолжительности уплотнения и влажности избыточных и уплотненных активных илов.

Площадь зеркала уплотнителя, ограниченная полупогружным кожухом, м²,

где: v_заз – скорость движения осадка в зазоре между верхней кромкой раструба центральной трубы и полупогружным кожухом, v_заз £ 20 мм/с;

f_p – площадь раструба по верхней его кромке, м².

Площадь раструба, м²,

здесь: d_p – диаметр раструба центральной трубы, м, определяемый по формуле (15).

Диаметр полупогружного кожуха и глубина его погружения, соответственно, м,

Диаметр центральной трубы и высоту ее раструба следует рассчитывать, соответственно, по выражениям (11) и (15).

При чем, глубина погружения этой трубы, м,

Кроме того, диаметр отражательного щита d_щ, м, можно определять по формуле (17), высоту зазора между верхней кромкой раструба центральной трубы и указательным щитом h_заз, м, - по формуле (18), а так же диаметр трубопровода для удаления уплотненного осадка d_ос, м, - по формуле (21) с использованием формул (22) и (23), принимая влажность уплотненного осадка, соответственно, по табл. 4 и 5.

Глубина осадочной части уплотнителя, м,

где: D – диаметр уплотнителя, м;

D_п – диаметр приямка, м;

i – уклон днища уплотнителя в сторону приямка, i = 0,05.

Диаметр радиального уплотнителя, м,

Примечание. Диаметр радиального уплотнителя должен находится в пределах 9…54 м. Если это условие не выполняется, следует скорректировать число рабочих уплотнителей n.

Диаметр приямка, м,

при этом, k_п = 1,10…1,25.

Полная глубина уплотнителя определяется по формуле (24), а его глубина с учетом приямка, м,

где, h_п – глубина приямка, h_п = 0,5…1,0 м.

Высота слоя уплотненного осадка в уплотнителе, м,

Далее расчет производится аналогично вертикальному уплотнителю.

Флотационные уплотнители

Флотационное уплотнение (сгущение) позволяет предотвратить загнивание активного ила, сократить продолжительность его первичной обработки и уменьшить объемы сооружений. При наличии резервуара – регулятора расхода осадка из первичных отстойников возможно совместное уплотнение избыточного активного ила и указанного осадка. В то же время, для сокращения объема означенного резервуара, лучшего уплотнения смеси, улучшения ее структуры и снижения удельного сопротивления в данный резервуар целесообразно подавать промывную воду от скруберов газоочистки после термической сушки осадков, фильтрат от вакуум – фильтров и фильтр-прессов, а так же промывную воду от регенерации фильтрованной ткани этих фильтров. Кроме того, разработана технология очистки сточных вод с совместным уплотнением осадка первичных отстойников и активного ила, предусматривающая обработку такой смеси с содержанием сточной воды 5 % и более от общего количества активного ила.

Как правило, уплотнение осуществляется методом напорной флотации с использованием рабочей жидкости или с непосредственным насыщением уплотняемой суспензии воздухом. Наибольший эффект достигается при применении напорной флотации с насыщением воздухом рециркулирующей рабочей жидкости, в качестве которой обычно используют образующийся в процессе уплотнения или обезвоживания фугат.

Поэтому далее рассматрим методику расчета флотационной установки, работающей по указанному принципу. Принципиальная схема такой установки представлена на рис. 5.

В практике уплотнения избыточных илов, осадков из первичных отстойников или их смесей обычно используют флотаторы радиального типа, имеющие круглую форму в плане. Наиболее распространенная конструкция этих сооружений представлена на рис. 6.

Расчет флотаторов начинают с определения необходимого удельного содержания воздуха в уплотняемой субстанции, м³/м³,

где: h₁ – рабочая глубина флотатора (глубина зоны флотации), h₁ = 1…3 м;

B_p – удельное количество растворенного воздуха, выделившегося при снижении давления с уровня давления насыщения до уровня рабочего давления в флотаторе, м³/м³;

f_р – степень насыщения уплотняемой суспензии воздухом в зависимости от давления насыщения и температуры, доли единицы, f_р = 0,5…0,8;

Р_н – давление насыщения рабочей жидкости воздухом, Р_н = 0,2…0,8 Мпа;

Р_ф – рабочее давление во флотаторе, Р_ф = 0,1 Мпа;

С_н – начальная концентрация сухого вещества в уплотняемой суспензии, кг/м³.

Удельное количество растворенного воздуха, выделившегося при снижении давления от уровня давления насыщения Р_н до уровня рабочего давления во флотаторе Р_ф определяется с помощью монограммы растворимости воздуха в активном иле в зависимости от давления и температуры (рис. 7) как разница количеств растворенного газа при указанных давлениях с учетом степени насыщения f_р, т.е.:

здесь: B_н – растворимость воздуха в активном иле при давлении насыщения рабочей жидкости воздухом Р_н и принятой температуре, м³/м³;

В_ф – растворимость воздуха при рабочем давлении во флотаторе Р_р и принятой температуре, м³/м³.

I – осадок из первичных отстойников; II – избыточный активный ил; III – смесь избыточного активного ила и осадка из первичных отстойников, (уплотняемая суспензия); IV – рециркулирующая рабочая жидкость; V – газонасыщенная рабочая жидкость; VI – уплотненная смесь избыточного активного ила и осадка из первичных отстойников (уплотненная суспензия); VIII – избыточное количество фугата.

1 – резервуар-регулятор расхода осадка из первичных отстойников; 2 – насос подачи осадка из первичных отстойников; 3 – насос подачи избыточного активного ила; 4 – резервуар-смеситель; 5 – насос подачи уплотняемой суспензии; 6 – флотационная камера (флотатор); 7 – резервуар-накопитель рабочей жидкости (фугата); 8 – компрессор; 9 – сатуратор; 10 – рециркуляционный насос рабочей жидкости.

Начальная концентрация сухого вещества в уплотняемой суспензии, кг/м³,

при чем: С₀ – концентрация сухого вещества в осадке из первичных отстойников, кг/м³;

Q₀ – расход осадка из первичных отстойников, м³/сут;

С_и – концентрация ила по сухому веществу в избыточном активном иле, кг/м³;

Q_и – расход избыточного активного ила, м³/сут.

Концентрация сухого вещества в осадке, кг/м³,

где: С – концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в первичные отстойники, мг/л;

Э – эффективность задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках, в долях единицы;

К – коэффициент, учитывающий увеличение объема осадка за счет крупных фракций взвешенных веществ, неулавливаемых при отборе проб для анализа, К = 1,1…1,2.

Примечание. Удельное содержание воздуха в уплотняемой суспензии, рассчитанное на формуле (55), должно составлять не менее 0,03 м³/м³. Если это условие не выполняется, то следует скорректировать принятые технологические параметры флотационной установки.

После вычисления величины W_р необходимо определить расход рециркулирующей рабочей жидкости, м³/сут:

при чем, Q_y – суточный расход уплотняемой суспензии, м³/сут.

Тогда, полный расход жидкости, поступающей во флататор будет равен, м³/сут,

Гидравлическая нагрузка на флататор составит, м³/м²×ч,

где: V_ур - удельный объем разреженного слоя смеси уплотняемой суспензии и рабочей жидкости, м³/м²;

t_р – продолжительность разряжения, ч (как правило, принимается равной 10 мин).

Удельный объем разряженного слоя V_ур представляет собой часть удельного объема зоны флотации, приходящегося на 1 м² площади зеркала указанной зоны, соответствующая продолжительности разряжения t_р при принятой продолжительности флотации, следовательно он может быть рассчитан по формуле, м³/м²:

здесь, t_ф – принятая продолжительность флотации, t_ф=0,7¸1,0 ч.

Рабочая площадь флотатора, м²,

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: