Удосконалення обробки фугату при безреагентному центрифугуванні осадів міських стічних вод

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність роботи. При механічній та біологічній очистці стічних вод на міських каналізаційних спорудах утворюються різні категорії осадів, обробка яких є вельми складною задачею. Ці осади відносяться до суспензій колоїдного типу, які важко фільтруються. Осади мають великі об'єми, швидко загнивають з виділенням неприємного запаху.

Технологія обробки осадів міських стічних вод - багатостадійний дорогий процес, основним елементом якого є зневоднення.

Зараз для зневоднення осадів головним чином застосовують мулові майданчики, суттєвими недоліками яких є: низька питома продуктивність, великі об'єми ручної праці та велика потреба у земельних площах. Більшість мулових майданчиків влаштовані на природній основі. Крім того, вони часто бувають перевантажені. Це приводить до забруднення підземних вод, ґрунту та повітря.

В цих умовах необхідно вирішувати питання інтенсифікації процесу зневоднення осадів за допомогою механічного обладнання.

Традиційно при механічному зневодненні осад попередньо обробляють флокулянтами різних типів. Але флокулянти в Україні не виробляють, їх необхідно купувати за кордоном. Тому розвиток безреагентних методів обробки осадів стічних вод надзвичайно актуальний при економічних умовах, що склалися.

Центрифугування - ефективний метод механічного зневоднення осадів, який може бути застосований без попередньої обробки осадів реагентами. При цьому спрощується експлуатація цеху обробки осаду, скорочуються витрати праці та енергетичні витрати. Але у зв'язку із значним виносом твердої фази з фугатом центрифуг особливу актуальність набувають питання обробки фугату з урахуванням сучасних економічних і технологічних вимог.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана у відповідності до регіональної програми “Екологічне оздоровлення басейну річки Сіверський Донець”.

Мета і задачі роботи:

Метою дисертаційної роботи є інтенсифікація технології обробки фугату, який утворюється при безреагентному центрифугуванні осадів міських стічних вод.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі основні задачі:

? Встановити ефективність використання еластичного фільтруючого матеріалу (фільтранту) для обробки фугату;

? Розробити та дослідити метод фільтрування фугату через еластичний фільтруючий матеріал;

? Визначити технологічні параметри обробки фугату і регенерації фільтранту;

? Встановити залежність ступеня руйнації фільтранту від кількості циклів стискання;

? Виконати техніко-економічну оцінку методу обробки фугату фільтруванням через еластичний фільтруючий матеріал з періодичною регенерацією фільтранту та багаторазовим його використанням.

Об'єкт дослідження - фугат, який утворюється при безреагентному центрифугуванні осадів міських стічних вод.

Предмет дослідження - методи та споруди для обробки фугату та вдосконалення технології безреагентного центрифугування осадів.

Методи дослідження.

Дослідження виконані в лабораторних і промислових умовах. Визначення складу і властивостей фугату, фільтрату та фільтранту проводили з використанням сучасного обладнання країн СНД та інших країн (Німеччина, Угорщина та ін.). Дослідження механічної міцності фільтранту при регенерації його фільтруючих властивостей віджиманням здійснювали за допомогою методики, яка була розроблена в межах виконаної роботи.

1. Аналіз стану питання про обробку осадів міських стічних вод

Показано, що технологія обробки осадів міських стічних вод - багатостадійний процес, який дорого коштує. Основним елементом цього процесу є зневоднення. Для зневоднення осадів звичайно використовують такі типи споруд і апаратів: мулові майданчики, вакуум-фільтри, фільтр-преси, центрифуги. Відзначено, що природні способи зневоднення осадів на мулових майданчиках економічно і технологічно виправдані тільки для малих очисних станцій. Для станцій середньої та великої продуктивності внаслідок дефіциту земельних площ, необхідно застосовувати механічне зневоднення осадів.

Великий внесок у розвиток механічних методів зневоднення осадів зробили видатні вчені та фахівці України і країн СНД: І.С. Туровський, Р.Я. Агранонік, Є.В. Двінських, В.А. Жужиков, Т.І. Малиновська, В.І. Соколов, А.І. Мацнев, А.І. Терещук, а також закордонні дослідники: П. Карман, П. Коаклей, Б. Рут, С. Дженкинсон, Б. Джонс, Д. Тейлор та ін.

Виконаний аналіз методів механічного зневоднення осадів показав ефективність застосування центрифугування. В результаті безреагентного центрифугування утворюється фугат з високим вмістом завислих речовин. Аналіз існуючих схем обробки фугату показав, що при його подачі в голову очисних споруд або на мулові майданчики суттєво знизиться ефективність очистки стічних вод. Тому необхідно вдосконалювати технологію обробки фугату.

Розглянутий досвід застосування еластичних пористих матеріалів для очистки стічних вод показав перспективність застосування методу фільтрування фугату через еластичний пінополіуретан (ППУ), виготовлений на основі простих поліефірів окису пропілену (ТУ-6-05-1688, марки 40, 75). Ефективність застосування ППУ обумовлена високорозвинутою поверхнею, ніздрюватою структурою, високими адсорбційними властивостями, простотою регенерації шляхом механічного віджимання, низькою вартістю.

В розділі сформульовані задачі досліджень щодо встановлення ефективності застосування пінополіуретану для обробки фугату, визначенню технологічних параметрів фільтрування фугату і регенерації фільтранта.

2. Комплексне дослідження дисперсного, фазового складу і фізико-хімічних властивостей фугату, який утворився в результаті безреагентного центрифугування осадів (суміші сирого осаду і надлишкового активного мулу) очисних споруд каналізації м. Харкова на центрифузі ОГШ-631 виробництва НВО ім. Фрунзе (м. Суми)

Мікроструктура часток фугату вказує, що основну масу в ньому складають дрібнодисперсні частки, скоагульовані в агрегати. Форма часток неправильна. Мінімальні розміри часток становлять 1,5-2 мкм. Середні медіанні розміри часток - 4-5 мкм. У фугаті є також частки мінерального походження з розмірами 2-40 мкм. Зустрічаються окремі включення до 150 мкм.

Виконані диференційний термічний аналіз, рентгенофазний аналіз і седиментаційні дослідження також показали, що фугат складається головним чином з дрібнодисперсних органічних часток.

Дані, які отримані про якість і властивості фугату, покладені в основу вдосконалення методів його обробки.

Лабораторні дослідження щодо обробки фугату проводили на установці, яка складалась з фільтра-зневоднювача з пінополіуретановим завантаженням (фільтрантом) і механічним віджимним пристроєм для регенерації фільтруючого завантаження. Фугат у фільтр може подаватися як самопливом, так і за допомогою насоса. В процесі досліджень на установку подавали як фугат, так і надлишковий активний мул.

З урахуванням накопиченого досвіду застосування синтетичних матеріалів у галузі обробки стічних вод експерименти проводили при таких умовах:

- щільність завантаження - 70-100 кг/м3;

- крупність фільтранта - кубики розміром ребер 20 і 10 мм;

- швидкість фільтрування - 3 - 10 м/год.

У відповідності до принципової схеми лабораторної установки для обробки фугату були виготовлені та встановлені в цеху механічного зневоднення осадів Комплексу біологічної очистки “Безлюдівський” (КБОБ) м. Харкова дві експериментальні установки з подачею фугату самопливом і за допомогою насоса.

Виходячи з проведених досліджень, за основу була прийнята схема подачі фугату самопливом.

3. Закономірності обробки фугату фільтруванням через еластичний фільтрант

Для цього застосовано метод математичного планування експерименту. Використана схема дрібного факторного експерименту типу 24-1, тобто чотири фактори варіювалися на двох рівнях.

Регенерацію фільтранта, яка є одним з найважливіших етапів роботи фільтра, проводили на віджимному пристрої, який дозволяє здійснити одноразове і двократне віджимання.

При дослідженні регенерації вивчали вплив питомої грязеємності фільтранта на даний процес.

З приведених даних видно, що грязеємність знижується при збільшенні висоти фільтруючого шару, при збільшенні швидкості фільтрування фугату вище 10 м/год і зменшенні щільності фільтранта нижче 70 кг/м3.

4. Результати виробничих досліджень розробленого методу обробки фугату в цеху механічного зневоднення осадів на КБОБ м. Харкова на установці, яка складається з двох послідовно встановлених фільтрів з висотою шару фільтранта 0.3 и 0.7 м відповідно

Спосіб регенерації еластичного фільтранта - механічне віджимання.

Дослідно-промислова перевірка показала високу ефективність розробленого методу обробки фугату. Вміст завислих речовин у фільтраті до 300 мг/л (середній вміст приблизно 100 мг/л), що дозволяє направляти його в голову очисних споруд.

Дані, отримані в результаті виробничих досліджень і за рівняннями регресії, відрізняються не більш, ніж на 10 %, що припустиме для інженерних розрахунків.

На основі проведених досліджень розроблена схема виробничої установки обробки фугату на фільтрі, яка складається з чотирьох касет.

Принцип роботи установки: при спрацьовуванні першої касети фільтра вся витрата фугату надходить на другу, третю і четверту касету фільтра, перша касета в цей час виводиться на регенерацію. При спрацьовуванні другої касети включається в роботу відрегенерована перша і продовжує працювати третя і четверта касети фільтра, а друга виводиться на регенерацію і т.д.

Визначення механічної міцності фільтранта при регенерації його методом віджимання проводили у виробничих умовах за розробленою в роботі методикою. Експерименти виконували з пінополіуретаном з розміром ребра кубика 20 мм на трьохбарабанному віджимному пристрої, в якому відбувається двократне віджимання фільтранта.

Дослідження показали, що активне руйнування зразків починається після 15 тис. циклів стиснення. При цьому кількість зруйнованих зразків становить 35 %. Для роботи на даній установці протягом року кількість циклів стиснення становить 11520 разів. Отже, доцільно заміну фільтранта здійснювати 1 раз на рік, коли руйнування становить 10 %, що підвищує надійність роботи системи.

Висновки

1. Аналіз використання еластичних пористих матеріалів для обробки осадів міських стічних вод показав, що з матеріалів, які випускає промисловість України, одним з найбільш перспективних фільтруючих матеріалів є еластичний пінополіуретан. Ефективність його застосування для обробки фугату, який утворюється при безреагентному центрифугуванні суміші надлишкового мулу та сирого осаду (співвідношення 3:1 - 5:1), обумовлена високо розвинутою поверхнею, ніздрюватою структурою, високими адсорбційними властивостями, простотою регенерації, низькою вартістю.

2. Проведено всебічні дослідження структури, властивостей і основних параметрів дисперсної фази фугату. Вивчені: дисперсний склад і мікроструктура фугату; хімічний склад фугату; процеси термічного розкладу фугату; динаміка седиментації фугату. Отримані дані про властивості та склад фугату покладені в основу вдосконалення методів його обробки.

3. Показана доцільність застосування способу обробки фугату, неущільненого та частково ущільненого активного мулу (гравітаційне ущільнення протягом години) фільтруванням через еластичний фільтрант.

4. Визначені технологічні параметри обробки фугату та регенерації фільтранту: матеріал фільтруючого завантаження (фільтрант) - еластичний пінополіуретан, який випускає промисловість за ТУ 6-05-1688-74; щільність завантаження, кг/м3 - 70-90; висота фільтруючого шару, м - 0,9-1,5; швидкість фільтрування, м/год - 10-5; напрямок фільтрування - зверху вниз; спосіб регенерації - віджимання на барабанах.

5. Встановлено, що після одноразового віджимання залишковий вміст домішок складає 0,3-0,4 кг на 1 кг фільтранту, після дворазового віджимання - 0,15-0,25 кг на 1 кг фільтранту, після триразового віджимання - 0,15-0,20 кг на 1 кг фільтранту. Вміст забруднень у фільтранті після дворазового віджимання (0,15-0,25 кг на 1 кг фільтранту) не впливає на ефективність обробки фугату фільтруванням. При збільшенні швидкості фільтрування фугату вище 10 м/год і зменшенні щільності фільтранту нижче 70 кг/м3 гряземісткість суттєво знижується. Відносно стабільна величина гряземісткості при швидкостях 5-10 м/год свідчить про доцільність фільтрування в даному діапазоні.

6. Встановлено, що вміст завислих речовин у фільтраті - до 300 мг/л (осереднений вміст близько 100 мг/л) дозволяє направляти його в голову очисних споруд.

7. Після безреагентного центрифугування вологість кеку становить 81-87 %, а фугату - 98-99 %. В результаті фільтрування фугату через еластичний фільтрант і регенерації його методом віджимання утворюється регенерат вологістю 94-96 %. При цьому об'єм регенерату зменшується більше, ніж у 20 разів у порівнянні з об'ємом фугату, що дозволяє скоротити площі споруд для обробки осадів. Кек самостійно або в суміші з регенератом вологістю 87-91 % подають на мулові майданчики з подальшим компостуванням. Можливий варіант подачі регенерату на повторне центрифугування.

8. Розроблена методика і пристрій для проведення досліджень механічної міцності фільтранту при регенерації його методом віджимання.

9. Встановлена залежність ступеня руйнації зразка фільтранту від кількості циклів стискання. Строк використання фільтранту для обробки фугату складає не менше 1 року експлуатації.

10. Розроблена технологічна схема обробки фугату, який утворюється при безреагентному центрифугуванні осадів міських стічних вод.

11. Результати роботи впроваджені на Комплексі біологічної очистки “Безлюдівський” ДКП “Харківкомуночиствод” м. Харкова та використовуються у розробках інститутів УД НДІ "УкрВОДГЕО" і УкркомунНДІПрогрес. Економічний ефект від впровадження розробленої технології обробки фугату, який утворився при безреагентному центрифугуванні осадів міських стічних вод на КБОБ, для установки продуктивності 250 м3/доб складає 186990 грн.

фугат фільтрант стічний

Література

1. Булгаков В.В. Безреагентная обработка осадков городских сточных вод // Коммунальное хозяйство городов. - Научн. техн. сб. - ХГАГХ. - К.: Техніка, 2000. - Вып. 23. - С. 115-118.

2. Булгаков В.В. Исследования по безреагентной обработке осадков городских сточных вод фильтрованием // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2000. - Вип. 10. - С. 117-120.

3. Эпоян С.М., Булгаков В.В., Лукашенко С.В. Об интенсификации обработки осадков с применением пористых фильтрантов // // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 1999. - Вип. 7. - С. 238-241.

4. Эпоян С.М., Булгаков В.В., Лукашенко С.В. Исследования по безреагентной обработке осадков сточных вод с применением эластичного фильтранта // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Зб. наук. праць. - Макіївка: Вид. ДДАБА. - 2000. - Вип. 3 (23). - С. 14-15.

5. Эпоян С.М., Булгаков В.В. Полупроизводственные исследования применения эластичного фильтранта для обработки фугата при безреагентном центрифугировании осадков городских сточных вод // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2000. - Вип. 9. - С. 140-142.

6. Коринько И.В., Пилиграмм С.С., Булгаков В.В. Усовершенствование системы илового хозяйства канализационных очистных сооружений г. Харькова // Зб. наук. праць 6 Міжнар. НПК “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини”. - Харків. - 1999. - С. 256-258.

Размещено на Allbest.ru