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 использованы 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.

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.

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 площать поверхности контакта между осадком и сушильным агентом.

Дополнительно по теме канализация:

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.

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» ( 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 которого 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-коническои или конической формы. Влажный осадок из бункера с помощью питателя подается в сушильную камеру. Теплоноситель, поступающий 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 фонтанирующего 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  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-налниипроекте. 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  4.75. Корпус печи выполнен в виде стального цилиндра диаметром 1—7 м, внутренняя поверхность которого футерована огнеупорным материалом. Печь имеет от 4 до Н 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 этому 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  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 перемешивание 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.

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.