Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология получения извести из отходов



Введение

Развитие ядерной энергетики и расширение области применения радиоактивных изотопов в различных отраслях промышленности, науки, техники, медицины требуют решения вопроса обезвреживания радиоактивных отходов.

Наиболее опасными для человека и животных являются изотопы: стронций-90, цезий-137, иод-131. Попадая в организм, они вызывают тяжелые заболевания.

Активность радиоактивных отходов уменьшается только в результате естественного распада, что в случае изотопов, обладающих длительным периодом полураспада, связано с необходимостью осуществления контроля над радиоактивными отходами иногда в течение нескольких сотен лет.



Глава 1. Очистка и ликвидация сточных вод, содержащих особо вредные примеси, обработка осадка

1.1 Обезвреживание сточных вод, содержащих радиоактивные изотопы

Развитие ядерной энергетики и расширение области применения радиоактивных изотопов в различных отраслях промышленности, науки, техники, медицины требуют решения вопроса обезвреживания радиоактивных отходов.

Наиболее опасными для человека и животных являются изотопы: стронций-90, цезий-137, иод-131. Попадая в организм, они вызывают тяжелые заболевания.

Активность радиоактивных отходов уменьшается только в результате естественного распада, что в случае изотопов, обладающих длительным периодом полураспада, связано с необходимостью осуществления контроля над радиоактивными отходами иногда в течение нескольких сотен лет.

Радиоактивные сточные воды отличаются большим разнообразием содержащихся в них радиоактивных элементов. Каждый из этих элементов характеризуется двумя основными величинами: энергией радиоактивного излучения а-, р- и у- лучей и периодом полураспада, т. е. промежутком времени, в течение которого распадается половина начального количества атомов.

Источником загрязнения воды наиболее часто являются продукты деления урана U235, состоящие из короткоживущих и долгоживущих радиоактивных изотопов.

Высокоактивные сточные воды с содержанием радиоактивных изотопов более 1 мкюри/л образуются в первой стадии процесса переработки используемого ядерного топлива, при котором ставится цель изъять топливные и расщепляемые материалы, и при ряде других процессов. Количество таких сточных вод невелико -- 2--20 л на 1 г получаемого урана U235. Кроме продуктов расщепления высокоактивные сточные воды содержат большое количество нерадиоактивных солей -- свыше 10 г/л, азотную кислоту, органические растворители и др.

Количество радиоактивных сточных вод низкой активности (до 1 мкюри/л) значительно больше. Они образуются при переработке руды, стирке одежды, удалении радиоактивных загрязнений из помещений, эксплуатации реакторов, лабораторных исследованиях, использовании радиоактивных изотопов в лечебных целях.

Специфические свойства радиоактивных отходов требуют применения специальных методов переработки, которые сводятся к концентрированию отходов и рассеиванию в окружающей среде при соблюдении предельно допустимого содержания в ней радиоактивных изотопов

Концентрированию подвергаются сточные воды высокой активности и с большим периодом полураспада радиоактивных загрязнений. После концентрирования радиоактивные отходы хранят в специальных резервуарах или переводятся в твердое состояние связывающими материалами. Применяется также сплавление отходов с керамическими материалами, стеклом, после чего полученные блоки закапывают глубоко в землю.

Обезвреживание сточных вод, содержащих радиоактивные изотопы с небольшим периодом полураспада (до 60 дней), производится в резервуарах с целью снижения радиоактивности до допустимых норм. Для отвода тепла, выделяющегося в результате естественного распада радиоактивных веществ, необходимо предусматривать водяное охлаждение резервуаров. В целях защиты от радиации над резервуарами насыпается слой земли толщиной до 3 м.

Все сточные воды, содержащие радиоактивные вещества, перед сбросом в почву или водоем подвергаются очистке.

Способы очистки радиоактивных сточных вод подразделяются на физико-химические (осаждение, коагулирование, сорбция, ионооб-мен, экстрагирование, выпаривание, дистилляция), электролитические (электролиз, электродиализ, электроионизация), биологические.

При очистке стоков от радиоактивных изотопов способом осаждения в очищаемую воду добавляется в достаточном количестве неактивный изотоп того же элемента или другой элемент, являющийся изо-аморфным с радиоактивными микрокомпонентами. Так удаляют, например, радиоактивный иод J131.

Способ коагулирования с последующим осаждением применяют при наличии в воде радиоактивных коллоидов. В случае необходимости производят, кроме того, фильтрование воды. Так, например, при помощи сульфата алюминия удаляют до 96--99,6% радиоактивного фосфора Р32, присутствующего в воде в виде POJ~. Еще лучшие результаты получаются при применении в качестве коагулянта хлорида железа.

Способ сорбции радиоактивных ионов на взвешенных в воде веществах или на активированном угле с последующим их осаждением является высокоэффективным: достигается удаление церия Се144 и плутония Ри239 до 99%.

Способ реагентного умягчения воды с применением извести и соды, широко известный в практике водоснабжения, используется для извлечения из воды до 74--84% радиоизотопов Sr89 и Sr90, образующихся при делении урана. Более полное извлечение стронция может быть достигнуто способом ионного обмена.

Способ ионного обмена является эффективным методом очистки слабоактивных сточных вод, предварительно освобожденных от растворенных органических веществ на биофильтрах.

Электролитические способы находят применение для удаления из раствора некоторых продуктов деления урана в ионной форме.

Способы биологической очистки используются для обработки бытовых сточных вод, содержащих небольшие количества радиоактивных веществ. Этот способ основан на способности радиоизотопов сорбироваться на взвешенных веществах и избирательно биологически ассимилироваться биоценозами, населяющими аэротенки, биофильтры, биопруды.

Более полное извлечение радиоактивных веществ достигается на очистных станциях, работающих по схеме двухступенчатой биологической очистки. Станции очистки этих сточных вод должны быть полностью автоматизированы и герметизированы.

Степень очистки различных радиоизотопов неодинакова

Выбор способа зависит от физико-химического и радиоактивного состава сточных вод, местных условий, стоимости способа и требуемой степени очистки.

Кроме отдельных способов для глубокого обезвреживания сточных вод могут быть применены различные их сочетания.

1.2 Очистка сточных вод от ртути

Существует несколько способов очистки сточных вод от ртути: осаждение ртути в виде нерастворимого сульфида ртути, поглощение ионов ртути катионитами, сорбция ионов ртути ионообменным волокном мтилон-т и др.

При осаждении ионов ртути в виде сульфида происходит следующая реакция:

Hg2+-f-S2 > HgS.

Произведение растворимости HgS в дистиллированной воде составляет 1,6Х10~52, что соответствует остаточной концентрации ионов ртути в растворе, равной 2,5X10-21 мг/л. В производственных сточных водах произведение растворимости HgS несколько больше, основная же часть сульфида ртути находится в воде в виде тонкодисперсных коллоидных частичек, выделить которые в осадок можно коагулированием сточных вод водным сульфатом алюминия A12(S04)3- 18Н20, водным сульфатом железа FeS04-7H20, известью СаО, смесью этих коагулянтов и т. д.

При очистке сточных вод, содержащих 1,5--20 мг/л катионов ртути, для полноты осаждения сульфида ртути требуется 10--40% избытка сульфид-ионов сверх стехиометрического количества. Для дальнейшего коагулирования образовавшегося осадка необходимо добавить 50--60 мг/л сульфата алюминия при рН = 6,9...7,3 или 40--60 мг/л сульфата железа при рН = 8,5...8,8.

Более полной очистки сточных вод от ртути можно достигнуть при фильтровании их через сильноосновной катионит в Н- или Na-форме. В результате реакции обмена

2RS03H[Na] + Hg2+->(RS03)2Hg + 2H+ [Na+]

растворенная ртуть полностью переходит из раствора на поверхность катионита и выходящая из ионообменных фильтров вода практически не содержит ионов ртути.

Емкость катионитов отечественных марок (КУ-2, КУ-2-20, сульфо-уголь и др.) при извлечении ртути из дистиллированной воды составляет 10--12% по отношению к массе смолы. При этом следует иметь в виду, что при извлечении ртути ионообменной смолой из производственных сточных вод сорбционная емкость катионита по отношению к ионам ртути будет несколько ниже, так как смола одновременно будет извлекать из сточных вод все другие катионы, находящиеся в растворе.

Предельно допустимая концентрация ртути в водоемах составляет 0,005 мг/л, поэтому сточные воды следует тщательно очищать от ртути.

Сорбция ртути ионообменным волокном мтилон-т (до 0,4 г металла на 1 г волокна) происходит достаточно быстро -- время контакта не превышает 1 мин при низких концентрациях ртути в растворе.

Промышленные стоки при помощи вакуума закачиваются в три отстойные колонны из оргстекла для отделения взвешенных веществ. После отстаивания осветленная часть раствора фильтруется на нутч-фильтре и перекачивается вакуум-сборником в напорный мерник 4.

Промышленные стоки сливов рабочих площадок из вакуум-сборника также перекачиваются в напорный мерник.

Затем промышленные стоки поступают на параллельно соединенные оргстеклянные колонны высотой 1 м и диаметром 300 мм, заполненные ионитом. Загрузка ионитом каждой колонны составляет 12 кг.

Колонны при помощи перфорированных перегородок из оргстекла разделены на три секции, что предотвращает чрезмерное уплотнение ионита и создает возможность замены его в тех секциях, где он уже насыщен ртутью.

Скорость пропускания промышленных стоков через колонны контролируется ротаметрами марки РС-5.

Очищенные от ртути промышленные стоки собираются в эмалированный вакуум-сборник и по мере наполнения перекачиваются при помощи сжатого воздуха в цех нейтрализации.

Контроль уровня промышленных стоков в емкостях осуществляется автоматическими сигнализаторами уровня.

Кроме ионной ртути волокно механически задерживает мелкодисперсную металлическую ртуть и взвеси солей редкоземельных металлов.

Широкое распространение поверхностно-активные вещества находят в промышленности и в быту в качестве моющих средств.

Синтетические ПАВ (детергенты) содержат 15--30% поверхностно-активных веществ, большое количество полифосфатов, отбеливающих и пахучих веществ.

Детергенты, попадая со сточными водами в водоемы, вызывают вспенивание, ухудшают органолептические свойства воды, нарушают процессы обмена кислорода, токсически действуют на фауну.

Поверхностно-активные вещества, попадая на очистные сооружения, оказывают тормозящее влияние на процессы очистки. Эффект осаждения сточных вод, загрязненных ПАВ, уменьшается на 7--10%, наблюдается нарушение работы биофильтров при концентрации ПАВ свыше 15 мг/л, а содержание ПАВ более 5--10 мг/л оказывается токсичным для активного ила аэротенков. При сбраживании осадков, содержащих ПАВ, в метантенках уменьшается выход метана, что объясняется понижением степени распада органических веществ.

Очистка сточных вод, загрязненных ПАВ, может производиться физико-химическими и биохимическими методами.

Весьма эффективен метод коагуляции с применением в качестве коагулянта солей цинка. При использовании обычных коагулянтов содержание поверхностно-активных веществ уменьшается только на 20--30%.

По зарубежным данным, совместное применение химической коагуляции и сорбции на активированном угле обеспечивает почти полное изъятие ПАВ из сточных вод.

Применение физико-химических методов является целесообразным, прежде всего при предварительной очистке сточных вод отдельных предприятий, когда концентрация ПАВ в сточных водах значительна (сточные воды текстильных фабрик, фабрик переработки шерсти, заводов синтетического каучука).

1.3 Очистка сточных вод, содержащих ПАВ

Очистка сточных вод, содержащих ПАВ в небольших количествах, производится методами биохимического разложения. В связи с этим расширяется производство синтетических ПАВ, легко поддающихся биохимическому окислению, например эфиров сахарозы, алкилбензол-сульфонатов, сульфированных жирных кислот и др.

При биологической очистке сточных вод, загрязненных ПАВ, определяющим условием является их способность к биохимическому распаду. Учитывается также влияние высокой поверхностной активности ПАВ на процесс растворения кислорода, так как недостаточная обеспеченность процесса кислородом сказывается на развитии активного ила даже при поступлении на станции аэрации только «биологически мягких» ПАВ.

Исходя из современных представлений о биологической очистке сточных вод, можно обеспечить получение стабильных результатов удаления ПАВ в системах, работающих со средними и низкими нагрузками. Рекомендуется применение механической аэрации и представляются наиболее эффективными аэротенки с децентрализованным впуском сточной воды, так как в них обеспечивается частичное выравнивание скоростей потребления кислорода. При эксплуатации аэротенков стремятся поддерживать более высокую рабочую дозу активного ила, что способствует снижению концентрации сорбированных на активном иле ПАВ, а это, в свою очередь, улучшает процессы обмена бактериальной клетки с внешней средой и позволяет микроорганизмам полнее использовать ПАВ в качестве источника углеродистого питания. Недостаточная стабилизация активного ила в высоконагружаемых процессах частично может быть восстановлена введением регенерации с переменным объемом.

В ряде случаев требуется дополнительная очистка сточных вод, уже прошедших биологическую очистку.

Для очистных станций средней и большой производительности перспективным является перевод ПАВ в пену путем аэрации биологически очищенных сточных вод.

Пена после ее концентрирования может быть возвращена в сооружения биологической очистки

Резервуар для вспенивания по конструкции аналогичен аэротенку. Высота резервуара 2--3 м, пеногашение осуществляется вентилятором. Для защиты образующейся пены от ветра и атмосферных осадков резервуар размещают в здании или под шатром.

Исследованиями, проведенными в АКХ имени К. Д. Памфилова, было установлено, что снижение концентрации сульфонола НП-3 с 4--6 д0 0,5--0,7 мг/л, т. е. в среднем на 85%, и хлорного сульфонола с 5--5,5 до 1,5--2 мг/л, т.е. на 60--65%, может быть достигнуто при интенсивности аэрации сточной воды в среднем 18--22 м3/(м2-ч) в течение 30--60 мин.

При очистке в аэротенках с последующей доочисткой сточных вод, содержащих 20 мг/л «биологически мягких» ПАВ, для которых можно принять Ј=80% и Д=85%, концентрация этих веществ в аэротенке Са вследствие непрерывного возврата концентрата пены повысится с 20 до 24 мг/л; очищенные воды будут содержать порядка 0,7 мг/л ПАВ.

В случае поступления со сточными водами ПАВ «промежуточной» группы, для которых можно принять Б ==60% и Д --65%, концентрация этих веществ в азротенке возрастает с 20 до 27 мг/л, а содержание ПАВ в очищенных водах будет снижено до 3,8 мг/л. Применить возврат в сооружении биологической очистки концентрата пены, содержащего «биологически жесткие» ПАВ, нельзя, так как эти соединения практически не окисляются, а увеличение концентрации более 10 мг/л оказывает отрицательное влияние на процессы биологической очистки сточных вод.

1.4 Очистка сточных вод от производства капролактама

Количество загрязненных сточных вод от производства капролактама составляет на одном из действующих комбинатов в среднем 70--80 м3/ч. Высококонцентрированные сточные воды в количестве 14--17 м3/ч от цехов окисления и капролактама выпариваются и сжигаются на установке голландской фирмы «Бальфур». Все остальные, загрязненные органическими веществами производственные сточные воды, включая конденсат в количестве 10 м3/ч от выпарной установки «Бальфур», собираются в емкость, нейтрализуются и поступают в три резервуара объемом до 1500 м3 каждый. Резервуары выполняют роль усреднителей сточных вод. В этих резервуарах выделяются смолы и всплывающие вещества. За качеством поступающих в резервуары сточных вод по ХПК установлен контроль. В состав очистных сооружений входят также две резервные земляные емкости по 45 000 м3 каждая для приема сточных вод при нарушениях работы биологических сооружений.

Внеплощадочные сооружения для биологической очистки сточных вод, прошедших усреднители, включают аэротенки-смесители, установку для биогенной подпитки стоков фосфором, воздуходувную станцию, вторичные радиальные отстойники, биологические пруды-каскады для доочистки стоков, выпуск в реку (5.59). Для разбавления производственных сточных вод используются условно-чистые воды комбината в количестве 300--500 м3/ч.

Средние показатели работы сооружений биологической очистки приведены в табл. 5.25. Максимальные концентрации загрязнений в общем разбавленном стоке перед аэротенками-смесителями достигали: по азоту аммонийных солей до 408 мг/л, БПК5 до 490, анону 140, анолу 240, дактаму 152, ХПК 1850 и по адипатам натрия до 2186 мг/л.

Наладка и пуск очистных сооружений производились на бытовых сточных водах города. Затем на очистные сооружения начали поступать сточные воды от производства капролактама. Активный ил наращивался постепенно, сооружения нагружались по мере повышения работоспособности активного ила. Минимальная температура бытовых сточных вод в период наладки не понижалась менее 13°С. В производственных сточных водах температура колебалась в пределах 20-- 25°С. Для адаптации активного ила и наладки всех сооружений потребовался один месяц.

Общий объем установленных аэротенков 25 000 м3 (две секции по 12500 м3 каждая). Продолжительность аэрации 24 ч. Концентрация активного ила 3--3,5 г/л (по беззольному веществу). Расход воздуха 50 м3/м3. Содержание растворенного кислорода на выходе 4 мг/л.

В состав очистных сооружений входят два вторичных радиальных отстойника, продолжительность отстаивания в них 4 ч.

Биологические пруды-каскады рассчитаны на пребывание сточных вод в течение 30 суток, глубина их в среднем 1,5 м. На выпуске из прудов в водоем БПКб стоков стабильно и составляет 3--4 мг/л.

1.5 Закачка производственных сточных вод в подземные горизонты

Закачка производственных сточных вод в глубокие пласты пористо-трещиноватых пород производится нагнетанием их через специально пробуренные скважины (5.60). В отдельных случаях, например в нефтедобывающей промышленности, используются уже существующие скважины.

В СССР производственные сточные воды закачивают в глубокие пласты на нефтепромыслах, химических, нефтеперерабатывающих и других предприятиях.

На нефтепромыслах производственные стоки закачивают в нефтесодержащие пласты для поддержания в них пластового давления при добыче нефти. При этом способе, с одной стороны, освобождается часть емкости пласта за счет извлечения нефти, а с другой -- исключается необходимость использования пресных вод для заводнения, ресурсы которых в ряде нефтегазоносных районов ограничены.

Наибольшей проницаемостью обладают рыхлые несцементированные песчаные породы, а также трещиноватые и закарстованные карбонатные породы.

Даже при очень благоприятных величинах коэффициента проницаемости приемистость скважины не превышает 1600 м3/сутки. Поэтому удаление производственных сточных вод в скважины целесообразно производить в ограниченных объемах.

При решении вопроса закачки производственных стоков следует учитывать санитарную безопасность и экономическую эффективность выбранного метода, определяемую характером и объемом промышленных стоков, необходимостью подготовки их для закачки, стоимостью бурения, оборудования и защиты его от коррозии, а также эксплуатации скважины.

1.6 Обработка осадка

Количество и физические свойства осадка (шлама), получающегося при очистке производственных сточных вод, зависят не только от начального состава этих вод, но и от способа их очистки; в свою очередь от состава и свойств осадка зависит способ его дальнейшей обработки, использования и ликвидации.

При обезвоживании осадка производственных сточных вод применяются те же приемы и технические средства, как и при обезвоживании осадка бытовых сточных вод, однако главным образом получило распространение механическое обезвоживание (вакуум-фильтрация, фильтр-прессование, вибрационное фильтрование, центрифугирование). Количественные показатели процесса обезвоживания определяются экспериментально для осадка каждого вида производственных сточных вод.

Для механического обезвоживания осадков производственных сточных вод, близких по составу к осадкам бытовых сточных вод, применяются вакуум-фильтры.

Для механического обезвоживания труднофильтруемых шламов применяются фильтр-прессы, в том числе автоматизированный камерный фильтр-пресс типа ФПАКМ (фильтр-пресс автоматический камерный модернизированный) с рабочим давлением 1,5 МПа и площадью фильтрации 5--25 м2 (5.61).

Фильтр-пресс состоит из горизонтальных плит-камер, расположенных между поддерживающими плитами. Горизонтальные плиты обтягиваются фильтровальной тканью. Обезвоживаемый осадок и сжатый воздух для продувки подаются по коллектору и с помощью боковых каналов распределяются по камерам.

Фильтроцикл включает подачу осадка в камеры, его обезвоживание под давлением, выгрузку обезвоженного осадка и регенерацию фильтровальной ткани. После обезвоживания осадка ткань перемещается по замкнутому контуру на один шаг, соответствующий длине фильтровальной плиты. При перемещении ткани производятся съем обезвоженного осадка ножами и ее регенерация водой, подающейся из насадок. Обезвоженный осадок перемещается ленточным транспортером в приемный бункер, а фильтрат и промывная вода сбрасываются в канализацию. Все операции фильтр-прессования автоматизированы и осуществляются по заранее заданному режиму. Опыт работы фильтр-пресса ФПАКМ-25 по обезвоживанию осадка сточных вод литейных производств показывает, что достигается производительность по сухому веществу 30 кг/(м2-ч) при давлении фильтрования 0,3 МПа. Продолжительность фильтроцикла при этом 20 мин, влажность обезвоженного осадка 40%, давление воздуха при просушке 0,4--0,5 МПа.

Наибольший эффект получается при использовании фильтр-прессов для обезвоживания шламов минерального происхождения. В этих случаях отпадает необходимость в применении коагулянтов и одновременно достигаются низкая влажность кека и высокая производительность фильтра при сравнительно низких значениях давления фильтрации. При этом кек легко отделяется от фильтровальной ткани, а последняя хорошо регенерируется.

Исключение представляют шламы минерального происхождения, имеющие структуру геля. При обезвоживании такого осадка влажность кека не снижается менее 75--80% даже при давлениях 1 --1,4 МПа и одновременном применении больших доз различных коагулянтов.

Обработка осадков, образующихся в результате коагулирования взвешенных веществ, начинается с уплотнения до концентрации осадка 1,8--2,6%. Затем осадок поступает на фильтр-прессы. Предварительная обработка осадка известью позволяет получить кек с влажностью до 40%. Фильтрат может быть использован для регенерации коагулянта.

Регенерация сульфата алюминия из осадка осуществляется с помощью обработки осадка серной кислотой при соответствующей величине рН. После регенерации в осадке остается 10% сульфата алюминия от первоначального его объема. Оставшийся осадок хорошо обезвоживается на фильтр-прессах, в результате чего образуется кек с содержанием 40--50% сухого вещества.

Известны два метода регенерации: первый -- после предварительного обезвоживания, высушивания и выжигания органической части; второй -- влажного осадка без предварительного подсушивания и прокаливания.

Рекомендуемая схема технологического процесса обезвоживания шламов производственных сточных вод приведена на 5.62. Обезвоживаемый осадок подается в резервуар, из которого под действием вакуума, создаваемого вакуум-насосами, перепускается в монжус. После заполнения монжуса закрываются задвижки 3 и 10, открываются задвижки 5 и 11 и включаются компрессоры. Под давлением сжатого воздуха осадок из монжуса выдавливается в фильтр-пресс, где происходит обезвоживание осадка. После окончания процесса фильтрации компрессор выключается, раздвигаются плиты фильтр-пресса и фильтровальная ткань с образовавшимся кеком протягивается на один ход, равный длине плиты.

Кек снимается ножами и подается на ленты транспортером, которые перемещают его в бункер или непосредственно в автосамосвалы. Одновременно часть фильтровальной ткани, перемещающаяся за пределами фильтра, очищается щетками и промывается с двух сторон водой, подающейся под давлением через специальные насадки. Для более полного удаления кека и прочистки коллекторов в фильтр-пресс по трубопроводу может подаваться сжатый воздух компрессором. В некоторых случаях вакуум-насосы не устанавливаются, а для перекачки осадка в монжус пользуются теми же компрессорами, что и для создания давления на фильтр-прессе.

Вместо вакуум-насосов, компрессоров и монжуса могут применяться плунжерные насосы, которые забирают осадок непосредственно из резервуара и под требуемым давлением подают на фильтр-прессы.

Одним из перспективных способов безреагентного сгущения и обезвоживания осадка производственных сточных вод является вибрационное фильтрование, которое заключается в использовании колебаний фильтровальной перегородки для интенсивного процесса разделения твердой и жидкой фаз. Для сгущения и обезвоживания осадка применяются безнапорные вибрационные фильтры. Так, например, при обезвоживании шлама доменной газоочистки на вибрационных фильтрах при начальной влажности 75--80% после I ступени сгущения конечная влажность составила 35--42% при пропускной способности вибрационного фильтра по сухому веществу 1000--1500 кг/(м2-ч) и после II ступени сгущения конечная влажность была 28--32% при пропускной способности 2000-- 3000кг/(м2-ч).

Для обезвоживания осадков производственных сточных вод применяются центрифуги (5.63). Преимущество центрифугирования состоит в том, что центрифуги занимают мало места. Центрифугированию поддается осадок, как уплотненный до 60% влажности, так и выпускаемый из отстойников с влажностью 99%.

Опыт работы центрифуг типа НОГШ показывает, что влажность обезвоженного осадка составляет 65--75%, фугат имеет вид разбавленного осадка, так как в нем остается от 40--50 до 75% сухого вещества. Производительность центрифуги НОГШ-350 1,6--2,3 м3/ч.

Повышение эффективности центрифугирования может быть достигнуто улучшением гидродинамических условий потока в роторе центрифуги с совпадающими потоками. В этих центрифугах подача осадка осуществляется в начале зоны осаждения, не вызывает взмучивания транспортируемого шнеком слоя обезвоженного осадка. Направления движения фугата и обезвоженного осадка в данной центрифуге совпадают. Увеличение прозрачности возвращаемого в цикл очистки сточных вод фугата можно получить также предварительной обработкой осадка флокулянтами, известью.

Если в результате центрифугирования остаточная влажность осадка велика, целесообразно использовать центрифугу для предварительного сгущения шлама с последующим обезвоживанием его на фильтр-прессах.

Для обезвоживания осадка успешно применяется метод замораживания. Для уменьшения объема обрабатываемого осадка и снижения стоимости обработки осадок следует подвергать сгущению.

Метод обработки осадков замораживанием состоит из двух этапов: замораживания в холодильной камере и последующего нагревания его в специальном резервуаре. Эффект замораживания заключается в разрушении гелей, содержащих гидрофильные соединения. При нагревании осадок уже не приобретает первоначального студенистого состояния и имеет уменьшенный объем. Содержание сухого вещества в нем составляет 15--20%.

Для замораживания осадков, подлежащих обезвоживанию, применяют компрессорные холодильные установки. Наиболее экономичным методом обработки считается естественное замораживание в лагунах. В результате получается осадок с содержанием 20--25% сухого вещества.

Для замораживания осадка применяются и пруды-накопители. Они не имеют искусственных дренажных устройств и оборудуются сливными устройствами. Емкость прудов-накопителей рассчитывается на хранение осадка в течение 3--5 лет, после чего он уже больше не эксплуатируется либо очищается для повторного использования. Пруды-накопители лучше всего устраивать из 2--3 самостоятельных секций.

Наибольшие трудности наблюдаются при подсушивании в прудах-накопителях осадка гидроксида алюминия. В процессе подсушки осадка и слива осветленной воды на поверхности осадка образуется сухая корка, препятствующая дальнейшему его подсыханию. Осадок под коркой находится в разжиженном виде и сохраняет такое состояние длительное время.

Добавление к осадку в прудах извести позволяет повысить концентрацию твердой фазы осадка в нижних слоях до 25% (в мелких прудах до 50%).

Если осадок производственных сточных вод после обезвоживания не используется, его сжигают. В Мосводоканалниипроекте разработан турбобарботажный способ сжигания, осуществляемый в установках «Вихрь» производительностью 0,2; 3 и 10 т/ч.

Установки для турбобарботажного способа сжигания состоят из ванны с барботажной решеткой и расположенной под ней камеры сгорания с тангенциальными соплами для подачи вторичного воздуха. Ванна и камера сгорания выполнены кольцевыми, а барботажная решетка имеет воздухонаправляющие элементы для придания жидким отходам вращательного движения. Высокопроизводительные горелки турбобарботажного типа могут найти применение в централизованных пунктах сжигания нефтеотходов.

Для сжигания неутилизируемого органического осадка производственных сточных вод применяют циклонные печи. В печах этого типа можно сжигать как сырые, так и обезвоженные осадки после вакуум-фильтров и центрифуг, содержащие нефтяные отходы и другие органические шламы, в состав которых входят растворители и хлорированные углеводороды.

Циклонная печь представляет собой вертикальный цилиндр с непроницаемым подом, на котором помещают сжигаемые вещества. Воздух в печь подают тангенциально через насадки, расположенные над слоем осадка. Температура в топочном пространстве поддерживается на уровне 800° С. Продукты горения удаляют через верхнюю коническую часть печи. К достоинствам циклонной печи можно отнести то, что она практически исключает возможность недожога и образование дымов. В циклонной печи можно сжигать гранулированные, твердые, полужидкие и жидкие осадки.

1.6 Сжигание осадков сточных вод

Весьма распространенными операциями на производстве являются дробление и измельчение компонентов на разных стадиях получения конгломератных смесей: домол цемента по сухому и мокрому способам при производстве бетонов; измельчение известняков или других минеральных материалов при производстве асфальтирующей добавки для асфальтовых бетонов; тонкий помол порошков-пигментов при производстве красочных веществ для защитных и декоративных покрытий; помол кристаллического или аморфного кремнезема, а также использование порошкообразных побочных продуктов химических производств (например, AIF3, ферросилиция и др.) для изготовления растворимого стекла как вяжущего вещества в кислотоупорных бетонах, отделочных материалах и др.; сверхтонкое (коллоидное) измельчение наполнителей (кремнезем, корунд, шлак, некоторые металлы) при производстве японских цементов типов А, В, МС, ДСР и др.

Общие закономерности и научные принципы, лежащие в основе теоретической технологии, учитываются и используются при определении рациональных параметров и режимов в производственных процессах. Именно вследствие этого между многочисленными фактами, получаемыми на производстве, и общими закономерностями, интерпретируемыми в теоретической технологии, существует теснейшая взаимосвязь. Она и предопределяет в основном спонтанное развитие строительного материаловедения как фундаментальной науки прикладного характера. Наиболее ярко такую взаимосвязь возможно проследить на примере отдельных производственных операций.

Из производственной практики и экспериментальных исследований было получено множество нередко хаотически суммируемых фактов, которые при глубоком анализе позволили сформулировать закономерности, оказавшиеся не только общими, но и объективными, т. е. встречающимися и в природных условиях. Они в основном базируются на оптимальных структурах. Независимо от генезиса формирования оптимальных структур, т. е. в природе или в технологии, им присуще потенциальное качество -- улучшенные (экстремальные) показатели свойств, что, впрочем, пока еще не всегда используется в производственных условиях. В результате нередко качество готовой продукции существенно снижается, сроки долговечности материалов в конструкциях сокращаются. Необходимо, чтобы оптимальная структура, формирующаяся в технологический период, возможно полнее соответствовала эксплуатационным параметрам и производственным условиям, т. е. была рациональной.

С увеличением продолжительности и интенсивности помола увеличивается удельная поверхность и, соответственно, химическая и энергетическая активность получаемых порошкообразных компонентов ИСК. Этот фактор, как уже отмечалось, является весьма благоприятным для дальнейшего развития спонтанных процессов диспергирования частиц вплоть до их атомно-молекулярного уровня на первой стадии отвердевания и для конденсационных процессов -- на второй его стадии с формированием микро- и макродисперсных оптимальных структур.

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 процесса.

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

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

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

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

Возгорание осадка происходит при температуре 200-500°С. Прокаливание зольной части осадка завершается его охлаждением. Температура в топке печи должна быть в пределах 700-1000°С.

Сжигание осадков в многоподовой печи. Корпус многоподовой печи (16.22) 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.

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

На верхних подах осадок сушится, на средних -- органическая часть осадка сгорает при температуре 600-900°С, а на нижних -- охлаждается зола перед сбросом в бункер. Из печи газы отводятся в мокрый пылеуловитель и дымососом выбрасывается в атмосферу.

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.



Глава 2. Способы сжигания осадков

2.1 Схема сжигания осадков во многоподовой печи

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

I конвейер ленточный; 2 бункер загрузки осадка; 3 шнековый питатель; 4 многоподовая печь; 5 наружная топка; 6 дутьевой вентилятор; 7 вал; 8 вентилятор охлаждения; 9 атмосферная труба; 10 рециркуляционный трубопровод; 11 мокрый пылеуловитель; 12 дымосос; 13 дымовая труба; 14 сборник золы; 15 насос перекачки золовой воды; 16 вентилятор пневмотранспорта; 17 шлюзовой питатель; 18 циклонный разгрузитель; 19 бункер выгрузки золы; 20 газорегуляторная установка; 21 трубопровод топливного газа; 22 водопровод; 23 золопровод; 24 канализационный трубопровод; 25 воздуховод

На решетке насыпан песок крупностью 0,6-2,5 мм слоем 0,8-1 м. Кипящий слой песка создается при продувании воздуха через решетку со скоростью, при которой частицы взвешиваются в газовом потоке. Воздух подается воздуходувкой, нагревается в рекуператоре дымовыми газами и подается под решетку. Осадок подается в печь через загрузочный бункер и шнековый питатель.

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

2.2 Схема сжигания осадков в печи кипящего слоя:

В кипящем слое происходит интенсивное перемешивание осадка с кварцевым песком, мгновенное испарение влаги и выделение летучих органических веществ. Весь процесс длится 1 2 мин.

1 ленточный конвейер; 2 бункер загрузки осадка; 3 шнековый питатель; 4 печь кипящего слоя; 5 рекуператор; 6 воздуходувка; 7 мокрый пылеуловитель; 8 дымосос; 9 дымовая труба; 10 золовая емкость; 11 насос перекачки золовой воды; 12 вентилятор; 13 шлюзовой питатель; 14 бункер для песка; 15 заслонка; 16 циклонный разгрузитель; 17 бункер выгрузки золы; 18 газовая горелка; 19 газорегуляторная установка; 20 бункер-дозатор; 21 воздуховод; 22 трубопровод топливного газа; 23 водопровод; 24 золопровод; 25 канализационный трубопровод

Если при сгорании органической части осадка недостаточно собственной теплоты, то для поддержания процесса горения с помощью горелок сжигается дополнительное топливо. Дымовые газы, охлажденные в рекуператоре, проходят мокрую пылеочистку, освобождаются от золы и пыли и выбрасываются в атмосферу.

Мелкая зола и пыль выносятся из печи потоком отходящих газов, поступающих в рекуператор (воздухоподогреватель). Для охлаждения отходящих газов между входом в рекуператор подается холодный воздух. Из рекуператора под давлением нагретый воздух, проходя с определенной скоростью через решетку, обеспечивает поддержание псевдоожиженного слоя.

Барабанные вращающиеся печи за рубежом применяют для сжигания осадков в смеси с городским мусором. В отличие от барабанной сушилки, барабан вращающейся печи наклонен в сторону топки. Обезвоженный осадок загружается с противоположного от топки конца барабана. По мере продвижения внутри барабана осадок сначала подсушивается, а затем сгорает. Горячая зола из топки поступает в воздушный охладитель и оттуда пневмотранспортом направляется в приемный бункер и вывозится. Отходящие газы отсасываются дымососом, проходят мокрый пылеуловитель и выбрасываются в атмосферу. Температура газов в зоне сушки 200°С, а в зоне сжигания 900-1000°С. Барабан в зоне сжигания футерован огнеупорным кирпичом. В зоне сушки внутри барабана устроены насадки для перемешивания и дробления осадка.

Достоинствами печей кипящего слоя являются компактность установок, интенсивность процесса, возможность сжигания осадков различной влажности; недостатками -- большая запыленность отходящих газов и необходимость устройства рекуператоров.

Циклонные печи применяются относительно редко и служат для сжигания жидких или мелкодисперсных сухих материалов. Для сжигания осадков в циклонной печи необходима их предварительная термическая сушка, например, в сушилках со встречными струями, и тщательное измельчение.

Барабанные печи имеют небольшую запыленность отходящих газов и могут располагаться на открытом воздухе, кроме топочной части и камеры загрузки. Недостатками вращающихся барабанных печей являются громоздкость, большие капитальные затраты и относительная сложность эксплуатации.

Обычно установка с циклонными печами состоит из сушильного аппарата, измельчителя осадка, циклонной печи, камеры дезодорации газов, мокрой пылеочистки дымососа, дымовой трубы.

сточный вода ил известь



Глава 3. Технология получения извести из отходов

В процессах водоподготовки и обработки сточных вод часто получают отстой, содержащие соединения кальция. Они образуются, в частности при третичной обработке сточных вод, при которой удаляют фосфор путем осаждения известью. В состав таких отстоев входят твердые фосфорсодержащие соединения общей формулы Са_х (Р0₄)^, где х и у-- целые числа. Эти соединения обычно называют апатитами. Подобные отстой образуются также при добавлении извести и (или) гашеной извести к сточным водам в качестве флокулирующего агента или для химического умягчения воды. В этом случае в отстоях содержатся значительные количества карбоната кальция. Отстой, содержащие кальций, получают также в процессе рафинирования сахара и в некоторых системах для очистки сильно мутных вод.

Известно, что органические материалы, входящие в состав таких отстоев, могут быть удалены путем сжигания. При сжигании образуется зола, газы и пары, состоящие в основном из углекислого газа и воды. Известно также, что отстой можно подвергать кальцинированию, в результате которого карбонат кальция превращается в оксид кальция. В случае фосфорсодержащих отстоев после сжигания образуется однородная смесь апатитов с золой и оксидом кальция.

При наличии экономичного способа выделения извести из остатков, получаемых при сжигании отстоев, содержащих кальций, экономическая эффективность процесса обработки сточных вод может быть значительно повышена благодаря тому, что извлеченная известь может быть вновь использована для обработки.

Процесс, разработанный О.Е. Альбертсоном (патент США 3 996133, 7 декабря 1976 г.; фирма «Энвайротех Корпорейшн»), предназначен для выделения соединений кальция из твердых остатков, получаемых при сжигании или кальцинировании отстоев сточных вод, содержащих кальций. Процесс включает * следующие стадии:

разделение частиц остатка по величине и плотности на две фазы, в первую из которых входят относительно крупные твердые частицы и которая имеет относительно низкую концентрацию, кальция, а вторая имеет более высокую концентрацию кальция;

смешение частиц первой фазы с водой с образованием водного раствора гидроксида кальция;

отстаивание водного раствора с получением осадка с относительно высокой концентрацией нерастворимых инертных твердых веществ и жидкой фазы с относительно высокой концентрацией кальция.

Схема этого процесса представлена на рис. 109. Отстой по трубопроводу 2 направляют на сжигание в печь На схеме показана обычная подовая печь, однако можно использовать и вращающуюся обжиговую печь или печь с ожиженным слоем. Газы, образующиеся при сжигании (в основном азот, кислород, углекислый газ и водяной пар) выходят из печи по трубопроводу 3. Твердый остаток от сжигания выводят из печи по трубопроводу 4.

Если сжиганию подвергают отстой, полученный при третичной обработке сточных вод, то в его состав обычно входят апатиты, органические соединения, инертные вещества и карбонаты кальция. При сжигании органические соединения превращаются в золу, а карбонаты кальция -- в оксид кальция. Такой процесс описан, например, в патенте США 3 623975.

Поскольку некоторая часть твердого остатка, получаемого при сжигании уносится с отходящими газами, в трубопроводе 3 предусмотрен коллектор 6. Отходящие газы подают в коллектор через входное отверстие 5, а очищенные газы выводят по трубопроводу 8 и отделенные твердые частицы -- по трубопроводу 10. Для подачи газов используется обычный вентилятор 9.

Коллектор 6 может быть сухим (типа циклона) или мокрым (скруббер). В случае сухого коллектора собранные частицы выводят по трубопроводу 10 и через соединение // подают в трубопровод для твердого материала 4. При использовании скруббера вода или другая промывная жидкость подается в него по линии 7, а отделенные мокрые частицы выводят по байпасной линии 10а для дальнейшей обработки.

Если печь 1 представляет собой обычную печь с ожиженным слоем, то все твердые продукты сжигания выносятся из печи с отходящими газами и трубопровод 4 становится ненужным. В таком случае коллектор 6 должен обязательно быть сухим, чтобы не происходило превращения СаО в СаС0₃, которое возможно при контактировании окиси кальция с С0₂ в водной среде.

При использовании сухого коллектора совместно с печью с ожиженным слоем, а также при использовании обжиговой или подовой печи сухой твердый остаток от сжигания через соединение по трубопроводу 12 поступает в устройство для разделения 14. Для того, чтобы разделить твердые частицы по их величине и плотности может быть использован, например, циклонный сепаратор.

Рис. 1. Схема процесса выделения соединений кальция из шламов

Для улучшения разделения можно использовать два или более сепараторов, соединенных последовательно. Для этой же цели можно использовать и обычный гидравлический сепаратор. В этом случае после разделения кальций будет находиться в растворе в основном в виде гидроксида кальция.

Из сепаратора 14 выходят два трубопровода 13 и 15. По трубопроводу 15 выходят относительно крупные частицы, а по трубопроводу 13 -- более мелкие частицы. Размер этих частиц обычно не превышает 50 мкм, в то время как в первой фазе размер частиц достигает 250 мкм. Было установлено, что вторая фаза имеет относительно большую концентрацию оксида кальция и меньшее содержание золы, чем первая фаза; обычно во второй фазе присутствует 40--75% от общего количества оксида кальция.

По трубопроводу 15 первая фаза поступает в обычный смеситель-растворитель 18, в который по линии 16 подается вода для растворения или гашения оксида кальция с образованием гидроксида кальция Са(ОН)₂. Если используется мокрый сепаратор 6, то вышеупомянутый трубопровод 10а используется для непосредственной подачи в смеситель 18.

Раствор из смесителя 18 по трубопроводу 19 подается в обычный отстойник 24, который состоит из большого резервуара 22 и сливного желоба 20 для вывода отстоявшейся воды из резервуара. Осевшие твердые частицы выводятся через донное отверстие 23. Нерастворимая зола и частицы, содержащие кальций и фосфат, быстро оседают в резервуаре й таким образом по линии 23 из системы выводится основное количество золы и апатитов. Соединения кальция находятся в растворе и сливаются из отстойника в виде гидроксида кальция, который по трубопроводу 21 возвращается на установку для обработки.

В другом варианте процесса, к которому относится пунктирная линия 23а, часть потока, отводимого по трубопроводу 23, возвращается в смеситель 18 для лучшего растворения труднорастворимых соединений кальция, осевших в резервуаре 22.



Глава 4. Способ обработки осадков сточных вод и активного ила

Изобретение относится к очистке сточных вод, а именно к обработке осадков, образующихся при очистке сточных вод и может быть использовано для обработки активного ила и осадков сточных вод. Сущность изобретения: способ обезвоживания активного ила и осадков сточных вод осуществляют путем введения флокулянта - продукта полимеризации 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата, полученного в присутствии -оксипропилтретбутилпероксида или в присутствии последнего и a -амино- g -метил масляной кислоты в виде смеси D, L-изомеров. 1 табл. Изобретение относится к очистке сточных вод, а именно к обработке осадков, образующихся при очистке сточных вод, и может быть использовано для обработки активного ила и осадков сточных вод.Известен способ обработки осадков сточных вод путем обработки последнего химическими реагентами [1].

При подготовке осадков к обезвоживанию на вакуум-фильтрах или на фильтрах-прессах в качестве химического реагента для коагуляции используют хлорное железо, сернокислое окисное железо, хлорированный железный купорос, хлоргидрат алюминия и другие реагенты в сочетании с известью. Применяемые дозы реагентов составляют 0,5-20% массу сухого вещества осадка и зависят от свойств осадков и типа реагентов. Эффективность коагулянтов определяется величиной заряда частиц осадка, концентрацией реагента, химическими реакциями, происходящими при введении реагентов, в осадок, значением среды, степенью перемешивания и временем контакта с осадком, агрегативной устойчивостью образующихся хлопьев, степенью их сжимаемости и другими факторами.

Основным недостатком такого способа обработки осадков сточных вод является большой расход химических реагентов: до 100 кг (FeCl3) и 200 кг известкового вещества Са(ОН)2 на 1 т абсолютно сухого вещества. При этом происходит минерализация обезвоженного осадка (кека) до 50% что не позволяет сжигать осадок в печах, так как приводит к спеканию твердого остатка в печи и выводу ее из строя. Кроме того, сухость кека не превышает 20% что также препятствует к его сжиганию. Присутствие FeCl3 и извести не позволяет использовать кек для удобрения в сельском хозяйстве. Все это осложняет утилизацию кека. Поэтому твердый остаток как вынуждены вывозить в отвалы, что нарушает экологическое равновесие.

Известен способ обработки сточных вод путем введения флокулянта перед механическим обезвоживанием [2].

В качестве флокулянта в данном способе используют сополимер акриламида метилвинилпиридиновой соли диметилсульфата. Этот флокулянт получен на стадии лабораторных исследований и не имеет промышленного производства, что относится к недостаткам данного способа обработки сточных вод. Сухость кека по данному способу не превышает 23% что обуславливает трудности с утилизацией сжиганием. Кроме того, при данном способе обработки сточных вод в отходящей воде (фугате) имеется высокое содержание взвешенных веществ.

Известен ряд способов обезвоживания активного ила (АИ) и подобных осадков сточных вод обработкой реагентами смесью алкилнафтол- и алкилнатринилпиридиний-хлоридами, флокулянтами ВА-2 и ВА-3 и известью [3-5].

Практическое применение получили лишь реагентные способы обезвожиания АИ, так как они обеспечивают наиболее высокую скорость процесса. Но необходима дальнейшая интенсификация и совершенствование этих способов.

Недостатками этих способов является невысокая скорость фильтруемости АИ, а для увеличения скорости фильтров требуется резко увеличивать расход реагента.

Наиболее близким является способ обезвоживания активного ила путем смещения его с известью и последующее фильтрование.