Обезвоживание осадка — ступень, на которой из осадка, образовавшегося на предыдущих стадиях очистки, механически отделяется вода. Воду эта ступень не очищает: её задача — уменьшить объём вывозимого отхода и превратить текучую массу в материал, который грузится в контейнер. Отделённая вода возвращается в голову схемы вместе с тем, что в ней растворено.
Принцип
Обезвоживание идёт в две стадии, и обе присутствуют в любом из трёх аппаратов. Сначала отделяется свободная вода: осадок поступает в дренажную зону, и вода уходит сквозь фильтрующую поверхность под действием силы тяжести. Затем оставшаяся масса подвергается механическому давлению, и отжимается часть капиллярной влаги. Различает аппараты именно вторая стадия: способ создания давления определяет и достижимую влажность кека, и режим работы.
Флокулянт вводится перед аппаратом и входит в состав процесса, а не улучшает его. Вода удерживается развитой гидрофильной поверхностью мелких частиц, а сами частицы мельче фильтрующей щели или пор ткани. Полиэлектролит нейтрализует их заряд и связывает в крупные флокулы, внутри которых вода становится способной отделиться. Без флокулянта осадок не обезвоживается хуже — он не обезвоживается вовсе: частицы проходят фильтрующую поверхность вместе с водой, забивают её и уходят в фильтрат, а кек не образуется.
Шнековый пресс. Вал с уменьшающимся шагом витка вращается внутри цилиндра из чередующихся неподвижных и подвижных колец. Зазор между кольцами служит фильтрующей щелью, а подвижные кольца при вращении вала очищают её, поэтому промывная вода нужна лишь периодически и в небольшом объёме. Частота вращения — единицы оборотов в минуту, давление создаётся сокращением объёма витка и подпорным конусом на выходе. Отсюда низкая установленная мощность: у моделей каталога 1,65 кВт при производительности порядка 100 кг СВ/ч.
Ленточный пресс. Осадок распределяется по движущемуся полотну и проходит гравитационную зону, где стекает свободная вода, клиновую, где давление нарастает постепенно, и прессовую, где два полотна с осадком между ними идут по валкам уменьшающегося диаметра: вместе с диаметром растут давление и сдвиговое усилие. Полотна промываются водой под давлением непрерывно, иначе забиваются за один проход — расход промывной воды указан в характеристиках и у модели с рабочей шириной ленты 1000 мм составляет 11,2 м³/ч. Эта вода целиком уходит в фильтрат.
Камерный фильтр-пресс. Плиты, обтянутые фильтровальной тканью, сжимаются в пакет и образуют между собой камеры; насос подаёт в них осадок под давлением, фильтрат проходит сквозь ткань, твёрдая фаза остаётся внутри. При заполнении камер подача прекращается, пакет раздвигается, кек выгружается. Цикл периодический и завершается выгрузкой, поэтому аппарат не работает без присмотра, зато даёт самый сухой кек из трёх: давление подачи держится весь цикл, а время отжима не ограничено скоростью прохождения осадка. Основная характеристика подсерии — площадь фильтрации: у модели CFP100 это 100 м².
Принцип
Производительность обезвоживателя нельзя назвать одним числом, и объёмная величина в м³/ч сама по себе не значит ничего: аппарат ограничен массой сухого вещества, которую он способен разделить за час, а не объёмом пропущенной жидкости. Осадок концентрацией 1,00 % сухого вещества содержит около 10 кг сухого вещества в кубометре, поэтому 10 м³/ч такого осадка — это 100 кг СВ/ч; тот же аппарат на осадке 5 % СВ примет около 2 м³/ч, и это будут те же 100 кг СВ/ч. Поэтому в характеристиках шнековых прессов объёмная величина стоит рядом с концентрацией, при которой получена, и поэтому же числа подсерий не сравниваются напрямую: у ленточных производительность дана по сухому веществу, у камерных — по площади фильтрации и производительности в т/ч.
Обезвоживатель окупается не на очистке, а на транспорте. Осадок влажностью 99 % по массе почти целиком вода, и организация, вывозящая его, перевозит именно воду. При снижении влажности с 99 до 80 % без потери сухого вещества в кеке окажется 20 % сухого вещества вместо одного, и при плотности, близкой к плотности воды, из тонны исходного осадка получается около 50 кг кека и около 950 кг фильтрата — сокращение в двадцать раз. В реальных схемах оно скромнее и зависит от исходной концентрации: осадок, уже сгущённый до 5 % СВ, при той же влажности кека даёт сокращение вчетверо.
Вода, отделённая от осадка, из схемы не исчезает. Фильтрат возвращается в голову очистных сооружений, и чистой водой он не является: в нём остаются растворённые азот и фосфор, часть ХПК, а при нарушенном дозировании — и вынесенная тонкая взвесь. Возникает внутренний круг: возвратная нагрузка увеличивает выход осадка, увеличенный осадок даёт больше фильтрата. Если возврат не заложен в расчёт основных сооружений, по анализам это выглядит как рост нагрузки на биологическую ступень без видимого изменения исходного стока — и причину ищут не там.
Практика
Ступень стоит в конце схемы, но считается вместе с её началом. Осадок приходит с флотатора, отстойника или из сооружений биологической очистки, а отделённая от него вода возвращается туда же. Поэтому обезвоживание проектируется одновременно с основными сооружениями, а не подбирается к уже построенным: иначе те окажутся рассчитанными на нагрузку без учёта возвратного потока.
Флокулянт подбирается по пробе конкретного осадка, а не по типу производства. Полиэлектролиты различаются знаком и плотностью заряда и молекулярной массой, и осадок одного происхождения — например, избыточный активный ил двух соседних предприятий — может требовать разных марок. Подбор по аналогии даёт либо отсутствие флокулы вовсе, либо расход реагента в разы выше необходимого.
Выбор между подсериями определяется режимом площадки не меньше, чем производительностью. Шнековый пресс работает непрерывно, на низких оборотах, требует мало промывной воды и терпит колебания концентрации — это решение для малых и средних расходов и для площадок без постоянного оператора. Ленточный тоже непрерывный и берёт больший поток, но требует непрерывной промывки полотен, то есть воды и её отведения. Камерный работает партиями и даёт самый сухой кек, но цикл заканчивается выгрузкой, а значит, на площадке нужен человек.
Промывная вода — позиция в балансе схемы, а не мелочь: у ленточного пресса она указана в характеристиках наравне с производительностью и мощностью — 11,2 м³/ч у модели с рабочей шириной ленты 1000 мм. Эту воду нужно подать требуемого качества, поскольку взвесь забивает форсунки промывки, и принять обратно вместе с фильтратом.
Масса аппарата и место под выгрузку определяются заранее: у одного из шнековых прессов каталога рабочая масса 3400 кг, у камерного фильтр-пресса с площадью фильтрации 100 м² — 6628 кг, и под ними нужны перекрытие соответствующей несущей способности и высота, достаточная, чтобы кек падал прямо в контейнер. Оборудование это мы не производим: наша работа — расчёт по массе сухого вещества, подбор аппарата и флокулянта по пробе осадка, поставка, пуск и сервис.
Границы
Практика
Примеры типовые: это не отчёты по объектам.
Технологии Solvia
Схема
Обезвоживание не бывает самостоятельной ступенью: оно всегда следует за узлом, где осадок образуется, и его расчёт начинается не с производительности аппарата, а с количества сухого вещества, которое даёт предыдущая ступень в сутки. Между источником осадка и прессом ставится накопитель с перемешиванием: осадок поступает порциями — по срабатыванию скребка, по откачке из отстойника, по циклу удаления избыточного ила, — а пресс работает ровным потоком и по графику смен.
Сгущение перед обезвоживанием часто оправдано. Чем выше концентрация сухого вещества на входе, тем больший поток сухого вещества аппарат принимает при том же объёме и тем меньше расход флокулянта на тонну сухого вещества; гравитационный или механический сгуститель нередко позволяет обойтись меньшим типоразмером.
Узел приготовления и дозирования флокулянта входит в схему отдельным оборудованием. Сухой полиэлектролит требует растворения, выдержки раствора до созревания и разбавления перед вводом в поток осадка; концентрация раствора определяет фактическую дозу, поэтому готовить его без контроля нельзя.
После пресса схема снова разделяется на два потока. Кек падает в контейнер или на площадку складирования — для этого требуются высота под аппаратом и подъезд техники. Фильтрат возвращается в голову схемы, и его расход и состав входят в расчёт основных сооружений наравне с исходным стоком.
Схема
Эксплуатация
Энергия
Установленная мощность у прессов непрерывного действия невелика: у шнековых моделей каталога 1,65 кВт, у ленточных — 1,1 кВт на привод. Отнесённая к производительности, она даёт порядка 0,017 кВт·ч на килограмм сухого вещества у шнекового пресса при паспортных 100 кг СВ/ч и около 0,006 кВт·ч на килограмм у ленточного при 200 кг СВ/ч. Однако в характеристиках указана мощность привода, а не узла целиком: насос подачи осадка, насос промывной воды, узел приготовления раствора и, у камерного пресса, насос высокого давления питаются отдельно, и полное потребление заметно выше. Электроэнергия здесь и не главная статья: основные эксплуатационные затраты приходятся на флокулянт и на вывоз кека.
Расходники
Что уходит в сброс
Ступень даёт два потока, и решения требуют оба. Первый — кек: у прессов непрерывного действия его влажность на большинстве осадков находится в пределах 75–85 %, у камерного фильтр-пресса ниже, причём конкретное значение определяется видом осадка — минеральные отдают воду легче органических, — а не типом аппарата самим по себе. Кек штабелируется, грузится в контейнер и вывозится; класс опасности и допустимый способ обращения устанавливаются по составу исходного стока, а не по типу оборудования. Механическое обезвоживание осадок не стабилизирует: при длительном хранении он загнивает, поэтому объём площадки накопления ограничивают сроком вывоза. Второй поток — фильтрат: он возвращается в голову схемы и несёт растворённые азот и фосфор, часть ХПК, а при нарушенном дозировании — и вынесенную тонкую взвесь. Его расход близок к расходу поступающего осадка, а у ленточного пресса превышает его на объём промывной воды.
Подбор
Что учитываем
Чем оборачивается ошибка
Подбор
Вопросы
Потому что аппарат ограничен массой твёрдой фазы, которую он способен разделить, а не объёмом пропущенной жидкости. Осадок концентрацией 1,00 % сухого вещества содержит около 10 кг сухого вещества в кубометре, и 10 м³/ч такого осадка — это 100 кг СВ/ч; тот же аппарат на осадке 5 % СВ примет около 2 м³/ч и обеспечит те же 100 кг СВ/ч. Поэтому в характеристиках шнековых прессов объёмная величина стоит рядом с концентрацией, при которой получена, и без неё смысла не имеет.
Нет, и это не вопрос эффективности. Вода удерживается развитой поверхностью мелких частиц, а сами частицы мельче фильтрующей щели или пор ткани. Пока они не связаны в крупные флокулы, они проходят фильтрующую поверхность вместе с водой, забивают её и уходят в фильтрат, а кек не образуется. Флокулянт входит в состав процесса на любом из трёх типов аппаратов.
У прессов непрерывного действия — шнековых и ленточных — на большинстве осадков она находится в пределах 75–85 %, у камерных фильтр-прессов ниже. Конкретное значение определяется прежде всего видом осадка: минеральные и гидроксидные осадки отдают воду легче, избыточный активный ил — тяжелее всего. Достижимая влажность устанавливается пробой, а не выбирается по характеристикам, и ниже определённого предела механическое обезвоживание не идёт: связанная вода отделяется только термической сушкой.
По количеству сухого вещества, по режиму площадки и по требованию к влажности кека. Шнековый пресс работает непрерывно на низких оборотах, требует мало промывной воды и терпит колебания концентрации — это решение для малых и средних потоков и для площадок без постоянного оператора. Ленточный тоже непрерывный и берёт больший поток, но требует непрерывной промывки полотен, то есть воды и её отведения. Камерный работает партиями, даёт самый сухой кек и завершает цикл выгрузкой, для которой нужен человек.
Она возвращается в голову очистных сооружений. Чистой водой фильтрат не является: в нём остаются растворённые азот и фосфор, часть ХПК, а при нарушенном дозировании — и вынесенная тонкая взвесь. Его расход близок к расходу поступающего осадка, а у ленточного пресса превышает его на объём промывной воды. Нагрузку возвратного потока учитывают при расчёте основных сооружений; если этого не сделано, схема работает не в проектном режиме.
Расскажите об объекте — инженер подготовит расчёт схемы, спецификацию и коммерческое предложение в течение рабочего дня.