Связь между водой и коллоидным веществом может быть также разрушена тепловыми методами: повышением или понижением температуры.
Тепловая обработка осадка
Идея применения тепловой обработки осадка возникла в начале этого века. Современный технический процесс был впервые введен английским инженером Портеусом в 1935 г. С тех пор вносилось много усовершенствований в применяемое оборудование и разрабатывались различные тепловые процессы кондиционирования.
Физическая структура осадка необратимо изменяется при нагревании его до достаточно высокой температуры (особенно если он содержит большую долю органических веществ и коллоидов). Осадок нагревают до температуры 160—210 °С и поддерживают ее в течение 30—60 мин в зависимости от типа обрабатываемого осадка и последующего метода сушки.
Во время нагревания коллоидный гель разрушается. Одновременно протекают два процесса: растворение некоторых суспендированных веществ (например, крахмал гидролизуется с образованием сахаров) и осаждение соединений из раствора (например, глюкоза). Жиры остаются сравнительно стабильными. Целлюлоза разрушается слабо.
Доля летучих кислот в иловой воде (фильтрате) осадка после тепловой обработки составляет от 15 до 35% массы беззольного вещества; это значение выше для свежего осадка, чем для сброженного. В то же самое время доля аминокислот колеблется от 60 до 65% и выше для сброженного осадка.
Количество летучих кислот и аминокислот в фильтрате воз-, растает с повышением температуры обработки. При тепловой обработке в раствор переходит около 25% веществ осадка, описываемых величиной ХПК, и образуется фильтрат с концентрацией по БПК5 около 2000—3000 мг/л для сброженного осадка городских сточных вод и 5000 мг/л для сырого осадка того же происхождения.
Количество азота в жидкой фазе сравнительно высоко (0,5— 1 г/л в пересчете на NHJ), фосфор, напротив, остается в осадке. То же самое относится к тяжелым металлам.
Основные преимущества теплового кондиционирования:
- универсальный метод, пригодный для всех органических осадков;
- легко управляемый; достигается стерилизация осадка;
- получаемый осадок может быть быстро уплотнен в гравитационных уплотнителях и легко обезвожен; не требуются реагенты.
Для осадка городских сточных вод, обработанного при температуре 180—200 °С, можно путем отстаивания достичь концентрации 150 г/л и выше. Структура осадка настолько улучшается, что становится возможной его фильтрация без добавки реагентов. Кроме того, образующийся при обезвоживании кек имеет меньшую влажность, чем при химическом кондиционировании.
Фильтруемость осадка улучшается с увеличением температуры и времени обработки. Температура при этом является доминантным фактором (в основном одинаковые результаты получены, если осадок нагревали в течение 1 ч при 180 °С, 30 мин — при 190 °С и 15 мин — при 200 °С). Короткий период нагрева улучшает качество фильтрата.
Кривые на рисунке ниже показывают характер изменения удельного сопротивления осадка в результате обработки при разных температурах в течение различного времени.
Сравнительное влияние времени и температуры нагрева на удельное сопротивление осадка
Повышение способности к фильтрации, полученной после нагревания осадка, зависит от содержания органических веществ в осадке. Фильтруемость свежего осадка городских сточных вод после тепловой обработки, как правило, лучше, чем сброженного, обработанного в тех же самых условиях (но объем осадка, подлежащего обработке, обычно больше примерно на 30%). Сочетание процесса анаэробного сбраживания с тепловой обработкой, тем не менее, очень выгодно, так как избыток газа, образующегося при сбраживании, обеспечивает большую часть тепла, которое требуется для установки теплового кондиционирования. К тому же текучесть и высокая гомогенность сброженного осадка и высокая стабильность его означают, что теплообменник может быть технологически более простым и менее дорогим. Наконец, значительный объем метантенков гарантирует стабильность работы тепловой установки.
Тепловая обработка осадка имеет следующие недостатки:
- образуется высококонцентрированная иловая вода;
- возникает необходимость в защите от запаха, образующегося главным образом из-за неконденсирующихся газов, выпускаемых из реактора, и пара от нагретого осадка в уплотнителе;
- высокие капитальные затраты на установку, использующую передовую технологию
Технология тепловой обработки осадка
Принципиальная схема эксплуатации установки по тепловой обработке осадка приведена на рисунке:
Схемы работы установки для тепловой обработки осадка. а — один теплообменник «осадок—осадок» + источник пара; б — два теплообменника «осадок—вода», источник пара; в — теплообменник «осадок—осадок» + теплообменник «осадок — неиспаряющаяся жидкость» + источник пара.
Во всех случаях предусмотрена максимально возможная утилизация тепла обработанного осадка для предварительного подогрева осадка, поступающего на установку. В итоге действительная потребность в тепле эквивалентна тому количеству тепла, которое необходимо для увеличения температуры осадка примерно на 50 °С. Утилизацию тепла осуществляют в основном в трубчатых теплообменниках, работающих по принципу противотока, хотя делались попытки предварительно нагревать осадок прямым контактом, что приводит к увеличению объема обрабатываемого осадка. Всегда выгодно иметь изолированный реактор, обеспечивающий максимальное время нагрева при соответствующей температуре, которую можно контролировать.
Требуемая тепловая энергия может быть введена либо прямой инжекцией острого пара в реактор, либо за счет нагревания осадка паром или перегретой водой в теплообменнике. Хотя теоретически метод прямой инжекции пара в реактор не является самым экономичным с точки зрения затрат энергии; он имеет большие преимущества, так как обеспечивает температуру нагрева несмотря на возможное забивание теплообменника для нагрева осадка, при этом не требуется увеличивать длину теплообменника.
Если осадок содержит некоторую часть гетерогенных примесей, плохо стабилизированных или не стабилизированных совсем, его рекомендуется предварительно нагревать в теплообменниках с промежуточной жидкостью; во всех других случаях, например при использовании сброженного осадка, самым подходящим являются теплообменники с передачей тепла от обработанного осадка осадку, поступающему на установку.
Полный расход тепла колеблется в зависимости от схемы и условий работы теплообменников от 3300 до 6300 кДж/кг сухого вещества.
Неконденсирующиеся газы должны быть выпущены из реактора; они могут быть очищены или сожжены.
Желательно емкости для сбора осадка после тепловой обработки делать закрытыми или охлаждать их, чтобы предотвратить появление каких-либо запахов.
Сырой осадок на установку подается непрерывно поршневыми насосами высокого давления. Прогретый осадок удаляют с таким расчетом, чтобы уровень его в реакторе поддерживался достаточно постоянным. Давление в паровом котле обычно составляет 1,5—2,5 МПа.
Иловая вода, отделившаяся от осадка, после теплового кондиционирования может быть:
- разлита на сельскохозяйственные поля; возвращена в начало очистных сооружений или в буферную емкость — накопитель, откуда может перекачиваться на сооружения биологической очистки в период низкой нагрузки;
- передана на отдельные сооружения биологической очистки, представляющие собой сооружения ограниченного объема, но тем не менее рассчитанные на значительное время пребывания, так как иловая вода имеет высокую концентрацию органических загрязнений. Это может быть аэротенк или биофильтр с пластмассовой загрузкой. Время аэрации в аэротенке около 24 ч, при этом достигается снижение БПК5 на 96—98%. Требуется добавка фосфора либо в виде солей, либо разбавлением стока предварительно отстоенной сырой сточной водой. В последнем случае объем аэротенка возрастает.
Мокрое сжигание
Первоначально этот метод состоял в нагревании осадка в присутствии воздуха при давлении 20 МПа. Органические вещества полностью окислялись, а коллоидные примеси одновременно физически трансформировались. Метод постоянно развивался в основном в направлении определения давления, при котором влияние воздуха незначительно. В итоге были получены те же результаты, что и при тепловой обработке осадка.
Тепловая обработка и мокрое сжигание позволяют получить дезинфицированный осадок, в котором все патогенные микробы, яйца гельминтов, вирусы и т. д. разрушены. Этот осадок, выгруженный на открытые площадки, не загнивает и не дает неприятных запахов.
Счетчики газа, как и другие виды счетчиков необходимо периодически поверять. Поверить счётчик газа быстро и недорого можно перейдя по ссылке.