Главная/Каталог/Обезвоживание осадка

Обезвоживание осадка

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.

  1. Флотация DAF
  2. Ламельный отстойник
  3. Дозирование флокулянта
  4. Обезвоживание осадка
  5. Вывоз обезвоженного осадка
  6. Возврат фильтрата в голову схемы

Принцип

Как это работает

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

Неочевидное

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

Что это даёт на практике

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

Когда нужна

  • Очистные сооружения с флотатором или отстойником, где шлам образуется постоянно: при влажности 94–97 % он накапливается быстрее, чем его успевают вывозить.
  • Сооружения биологической очистки с избыточным активным илом, на которых нет иловых площадок или их устройство невозможно по санитарным либо климатическим условиям.
  • Предприятия, у которых вывоз жидкого осадка стал заметной статьёй эксплуатационных затрат и растёт вместе с объёмом производства.
  • Производства с осадками реагентной обработки — гидроксидными или гипсовыми, — где отход относится к опасным и стоимость обращения с ним считается по массе.
  • Объекты, на которых принимающая отход организация ограничивает влажность или консистенцию принимаемого материала.

Когда не поможет

  • Если осадок образуется эпизодически и в малом количестве. Аппарат требует флокулянта, промывки и обслуживания независимо от загрузки, и накопительная ёмкость с периодическим вывозом обходится дешевле.
  • Если на площадке нельзя организовать приготовление и дозирование раствора полиэлектролита. Без флокулянта не работает ни один из трёх аппаратов, а раствор требуется готовить и выдерживать, а не засыпать сухой продукт в поток.
  • Если требуется влажность ниже той, что даёт механическое обезвоживание. Дальнейшее снижение — задача термической сушки: это другое оборудование с другим порядком энергозатрат.
  • Если задача состоит в обеззараживании или стабилизации осадка. Обезвоживание уменьшает объём, но не прекращает в осадке биологические процессы; для этого предусматривают стабилизацию или обработку известью.
  • Если сооружениям некуда принять фильтрат. Возврат отделённой воды — обязательное условие работы ступени, и выбором аппарата эта задача не решается.

Практика

Типовые случаи

Вход
Флотошлам пищевого производства: около 8 м³/сут при влажности 95 % (5 % сухого вещества), то есть порядка 400 кг сухого вещества в сутки. Шлам жирный, поступает порциями по срабатыванию скребка флотатора.
Задача
Сократить объём вывоза и уйти от вывоза жидкого осадка ассенизационной техникой.
Схема
Флотатор → накопитель осадка с перемешиванием → узел приготовления и дозирования флокулянта → шнековый пресс → контейнер под кек; фильтрат возвращается в усреднитель перед флотатором.
Результат
При влажности кека 80 % те же 400 кг сухого вещества занимают около 2 м³ в сутки вместо восьми — сокращение вчетверо, поскольку шлам был уже относительно концентрированным. Накопитель здесь обязателен: пресс работает ровным потоком, а флотатор отдаёт шлам порциями. Фильтрат несёт растворённую органику обратно, и его расход учтён в расчёте усреднителя.
Вход
Избыточный активный ил сооружений биологической очистки, сгущённый до 3 % сухого вещества: около 20 м³/сут, то есть порядка 600 кг сухого вещества в сутки. Ил лёгкий, воду отдаёт неохотно, состав меняется по сезонам.
Задача
Обезвоживать ил на площадке в одну смену и вернуть фильтрат в голову сооружений с известной нагрузкой.
Схема
Вторичный отстойник → сгуститель → накопитель → дозирование флокулянта → ленточный пресс → площадка складирования кека; фильтрат — в приёмную камеру сооружений.
Результат
При влажности кека 82 % (18 % сухого вещества) суточный объём кека составляет около 3,3 м³ вместо двадцати. Расход промывной воды за смену многократно превышает суточный объём осадка и целиком попадает в фильтрат: возвратный поток по объёму заметно больше исходного осадка, и это заложено в расчёт приёмной камеры.
Вход
Гидроксидный осадок реагентной обработки промывных вод гальванического производства: около 4 м³/сут при 3 % сухого вещества, содержит соединения металлов, отход относится к опасным.
Задача
Получить кек возможно меньшей влажности, поскольку стоимость обращения с опасным отходом считается по массе.
Схема
Реагентная обработка → отстойник → сгуститель → камерный фильтр-пресс с узлом дозирования флокулянта → затаривание кека; фильтрат — на контроль и возврат в реагентную обработку.
Результат
Периодический цикл здесь не помеха: осадок образуется предсказуемо, а пресс отрабатывает одну-две загрузки в смену. Минеральный гидроксидный осадок отдаёт воду легче органического, и кек получается суше, чем на прессах непрерывного действия. Взамен требуются оператор на выгрузке, регулярная промывка фильтровальной ткани и контроль фильтрата: остаточное содержание металлов в нём определяет, можно ли возвращать его в схему.

Примеры типовые: это не отчёты по объектам.

Технологии Solvia

Наши разработки для этой ступени

Схема

Место в схеме

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

Автоматизация и контроль

  • Дозирование флокулянта пропорционально подаче осадка и с учётом концентрации сухого вещества на входе. Фиксированная доза при переменном потоке означает либо перерасход реагента, либо срыв флокуляции и вынос взвеси в фильтрат; саму концентрацию при отсутствии поточного прибора устанавливают регулярным лабораторным анализом, а не принимают постоянной.
  • Управление режимом отжима: частота вращения шнека и положение подпорного конуса у шнекового пресса, скорость ленты и натяжение полотен у ленточного, окончание цикла по снижению расхода фильтрата у камерного. Это основные настройки, которыми влажность кека регулируется на уже выбранном аппарате.
  • Промывка фильтрующих поверхностей по расписанию: непрерывная у ленточного пресса, периодическая у шнекового, между циклами у камерного. Пропущенная промывка проявляется не сразу, а падением производительности через несколько суток.
  • Блокировки по цепочке: остановка привода должна останавливать подачу осадка и дозирование флокулянта. Иначе осадок продолжает поступать в остановленный аппарат, а раствор реагента расходуется впустую.

Эксплуатация

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

  • Флокулянт (полиэлектролит): основной расходный материал ступени. Расход относят к тонне сухого вещества, а не к кубометру осадка; марка и доза устанавливаются пробой на реальном осадке и пересматриваются при изменении его происхождения
  • Промывная вода: у ленточного пресса это непрерывный расход, указанный в характеристиках (11,2 м³/ч у модели с рабочей шириной ленты 1000 мм); у шнекового промывка периодическая и объём существенно меньше; у камерного вода расходуется на промывку ткани между циклами
  • Фильтрующие элементы: полотна ленточного пресса и фильтровальная ткань камерного. Ресурс ограничен и зависит от абразивности осадка и регулярности промывки
  • Детали рабочего органа: подвижные и неподвижные кольца и шнек у шнекового пресса, валки и подшипниковые узлы у ленточного, уплотнения плит у камерного
  • Лабораторный контроль: концентрация сухого вещества на входе, влажность кека, содержание взвешенных веществ в фильтрате. Без этих трёх величин дозу флокулянта настроить нельзя

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

Подбор

Что учитываем

  • Масса сухого вещества в сутки и концентрация сухого вещества на входе с пределами её колебаний. Объём осадка без концентрации для подбора непригоден: он задаёт гидравлику, а нагрузку аппарата определяет сухое вещество
  • Происхождение осадка: избыточный активный ил, первичный осадок, флотошлам, гидроксидный осадок реагентной обработки. От него зависят достижимая влажность кека, доза флокулянта и выбор подсерии
  • Режим работы площадки: число смен и рабочих дней. Один и тот же суточный выход сухого вещества обрабатывается меньшим типоразмером, если аппарат работает шестнадцать часов, а не восемь
  • Требования к обезвоженному осадку: влажность, способ вывоза, ограничения принимающей организации
  • Наличие воды на промывку требуемого качества и возможность принять её обратно — для ленточного пресса это отдельная позиция баланса схемы
  • Способность основных сооружений принять фильтрат: его расход и нагрузка по азоту, фосфору и ХПК входят в их расчёт
  • Площадка: несущая способность перекрытия под рабочую массу аппарата (3400 кг у одного из шнековых прессов, 6628 кг у камерного с площадью фильтрации 100 м²), высота для выгрузки кека в контейнер, подъезд техники

Чем оборачивается ошибка

  • Подбор по объёму осадка без указания концентрации. Аппарат, принимающий 10 м³/ч осадка концентрацией 1,00 % сухого вещества, на осадке 4 % примет около 2,5 м³/ч: ограничение стоит по сухому веществу, а не по объёму. Ошибка обнаруживается на пуске и исправляется только заменой типоразмера.
  • Расчёт на круглосуточную работу без резерва времени. Аппарат останавливают на промывку, обслуживание и ремонт, а осадок продолжает поступать: если суточный выход сухого вещества равен суточной производительности, любая остановка переполняет накопитель.
  • Возврат фильтрата не заложен в расчёт основных сооружений. Возвратная нагрузка увеличивает выход осадка, увеличенный осадок даёт больше фильтрата, и схема выходит на режим, не совпадающий с проектным: это обнаруживается как рост нагрузки на биологическую ступень без видимого изменения исходного стока.
  • Флокулянт принят по типу производства, а не по пробе. Неподходящий полиэлектролит не даёт флокулу вовсе: осадок проходит аппарат, фильтрат мутный, кека нет. Дозой это не настраивается — требуется другая марка.
  • Ожидание влажности кека ниже механически достижимой. Связанная вода механическим давлением не отделяется, и требование, записанное в задании без опоры на вид осадка, приводит либо к отказу от ступени, либо к покупке сушилки, которая проектом не предполагалась.

Подбор

Что нужно для расчёта

  • Происхождение осадка и ступень, на которой он образуется: флотошлам, осадок отстойника, избыточный активный ил, осадок реагентной обработки
  • Количество: масса сухого вещества в сутки либо объём осадка обязательно с указанием концентрации сухого вещества
  • Анализ осадка: концентрация сухого вещества, реакция среды, доля органической части; для промышленных осадков — содержание металлов и нефтепродуктов
  • Режим работы площадки: число смен и рабочих дней в неделю, наличие персонала для операций выгрузки
  • Требования к обезвоженному осадку: влажность, способ вывоза, ограничения принимающей организации
  • Куда направляется фильтрат, какие сооружения его принимают и на какую нагрузку они рассчитаны
  • Площадка: помещение и его высота, несущая способность перекрытия, электроснабжение, вода на промывку и её отведение, подъезд техники под контейнер, а также возможность предоставить пробу осадка для подбора флокулянта

Вопросы

Вопросы

Почему производительность указана по сухому веществу, а не в кубометрах в час?

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.

Можно ли обезвоживать без флокулянта?

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.

Какая влажность кека достижима?

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.

Шнековый, ленточный или камерный — по какому признаку выбирать?

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.

Куда девается вода, отделённая от осадка?

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.

Дальше

Начать проект

Обсудим вашу задачу

Расскажите об объекте — инженер подготовит расчёт схемы, спецификацию и коммерческое предложение в течение рабочего дня.

✓ Бесплатный расчёт✓ Выезд на объект

Отправляя заявку, вы соглашаетесь с обработкой персональных данных. Политика конфиденциальности