Механическое обезвоживание осадков промышленных сточных вод
В процессе очистки сточных вод образуются осадки, объем которых составляет от 0,5 до 1 % объема сточных вод для станций совместной очистки бытовых и производственных сточных вод и от 10 до 30 % для локальных очистных сооружений. Условно осадки можно разделить на три основные категории -- минеральные осадки, органические осадки и избыточные активные илы. Основные задачи современной технологии обработки состоят в уменьшении их объема и в последующем превращении в безвредный продукт, не вызывающий загрязнения окружающей среды. В осадках содержатся соединения кремния, алюминия, железа, оксида кальция, магния, калия, натрия, никеля, хрома и др. Химический состав осадков оказывает большое влияние на их водоотдачу. Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щелочи и некоторые другие вещества, содержащиеся в производственных сточных водах, способствуют интенсификации процесса обезвоживания осадков и снижают расход химических реагентов на их коагуляцию перед обезвоживанием. Масла, жиры, азотные соединения, волокнистые вещества, наоборот являются неблагоприятными компонентами. Окружая частицы осадка, они нарушают процессы уплотнения и коагуляции, а также увеличивают содержание органических веществ в осадке, что сказывается на ухудшении его водоотдачи. Механическое обезвоживание осадков промстоков может производиться экстенсивными и интенсивными методами. Экстенсивные методы осуществляются в различного рода уплотнителях, интенсивное обезвоживание и сгущение производится при помощи фильтрования, центрифугирования, гидро-циклонирования и т.п. Фильтрование представляет собой процесс отделения твердых веществ от жидкости, происходящий при разности давлений над фильтрующей средой и под ней. Для обезвоживания осадков и шламов обычно используют вакуум-фильтры и фильтр-прессы. Фильтрующей средой на фильтрах является фильтровальная ткань и слой осадка, прилипающий к ткани и образующий в процессе фильтрования дополнительно фильтрующий вспомогательный слой, который собственно и обеспечивает задержание мельчайших частиц суспензии. По мере увеличения слоя роль фильтрующей перегородки (ткани) сводится лишь к поддержанию фильтрующего вспомогательного слоя. Увеличение толщины слоя обеспечивает улучшение качества фильтрата, но в то же время в результате увеличения сопротивления прохождению воды через поры и капилляры кека уменьшается скорость фильтрации. Фильтруемость суспензий характеризуется удельным сопротивлением осадка. В данном случае под осадком имеется в виду слой кека, отлагающегося на фильтровальной перегородке при фильтровании суспензий. Удельным сопротивлением осадка называется сопротивление единицы массы твердой фазы, отлагающейся на единице площади фильтра при фильтровании под постоянным давлением суспензии, вязкость жидкой фазы которой равна единице.
Удельное сопротивление осадка, характеризующее сопротивление фильтрации и фильтруемость (водоотдачу) осадков, определяют по формуле
где Р - давление (вакуум), при котором происходит фильтрование; F -площадь фильтрующей поверхности; h - вязкость фильтрата; с' - масса твердой фазы кека, отлагающегося на фильтровальной перегородке при получении единицы объема фильтрата; b=t/U2 — параметр, получаемый опытным путем (t.- время фильтрации); U - объем выделяемого фильтрата. Среди фильтрующих аппаратов наиболее распространены барабанные вакуум-фильтры. Они выпускаются в вариантах без сходящего фильтрующего полотна и со сходящим полотном. Вакуум-фильтр со сходящим полотном (рис. 42) состоит из горизонтально расположенного цилиндрического полого барабана 9, частично (на 35—40 погруженного в корыто 8 с фильтруемой суспензией. Разделенный внутри на изолированные секции барабан вращается на валу, один конец которого соединен с электроприводом, а другой имеет распределительную головку 10. Назначение последней заключается в поочередном сообщении отдельных секций барабана с вакуумной и напорной линиями. При вращении барабана часть его поверхности погружена в находящуюся в корыте 8 суспензию. Фильтрат под действием вакуума проходит через фильтровальную ткань секции барабана и отводится наружу, кек, задержанный на фильтровальной ленте, подсушивается при помощи вакуума и отдувается сжатым воздухом. Фильтровальная ткань 1 при вращении барабана сходит на систему роликов 4, 3 и 2. При прохождении ее через разгрузочный ролик 4 кек отделяется от ткани и снимается ножом 5. При этом происходит одновременная отдувка кека и очистка ткани сжатым воздухом, подающимся в полый ролик 4. При движении ткани от ролика 4 к натяжному и возвратному роликам 3 и 2 происходит промывка ее с обеих сторон водой, подающейся под давлением из насадок 11. Ролики 3 и 2 самоустанавливающиеся, благодаря чему ткань на барабане всегда натянута должным образом. При недостаточной регенерации фильтровальной ткани в разбрызгивающую систему вместо воды может подаваться ингибированная соляная кислота. Барабанные вакуум-фильтры со сходящим полотном наиболее совершенные аппараты этой категории. Преимуществами этих фильтров являются не только хорошая регенерация ткани, но и возможность отделять достаточно тонкие слои осадка (1—3 мм), что позволяет увеличить частоту вращения барабана и за счет этого повысить производительность установки в 1,2—2 раза по сравнению с обычными барабанными фильтрами. Показатели работы барабанных вакуум-фильтров приведены в табл. 2.3. Кроме барабанных, в технике обезвоживания осадков промышленных сточных вод применяются дисковые и ленточные вакуум-фильтры. Фильтровальные элементы дисковых фильтров выполнены в виде набора вертикальных дисков, обтянутых с обеих сторон фильтровальной тканью. Диски крепятся на горизонтально вращающемся валу, внутри которого расположены отводящие коллекторы. Секторные ячейки дисков присоединены к отводящим коллекторам. Число дисков в фильтре достигает 12, а общая поверхность фильтрования в зависимости от типоразмера измеряется от 9 до 102 м. Наибольшее распространение дисковые фильтры получили при обработке осадков сточных вод предприятий черной металлургии и угольной промышленности. Ленточные вакуум-фильтры применяют преимущественно для обезвоживания быстро расслаивающихся осадков с неоднородной крупностью частиц, таких как окалины, осадки газоочисток доменного и конвертерного газов и т.п. Ленточный вакуум-фильтр (рис. 43) состоит из бесконечной резинотканевой ленты 6, натянутой на двух барабанах 3, и фильтровального стола 5. Посреди стола по всей его длине имеется щелевое отверстие, сообщающееся с расположенной ниже вакуумной камерой. Рабочая поверхность ленты имеет поперечные и продольные сквозные прорези 9. На ленту 6 укладывают фильтровальную ткань 1 и закрепляют в пазах резиновым шнуром 11. Верхняя рабочая ветвь ленты протягивается по фильтровальному столу так, что ее продольные прорези совпадают с щелевым отверстием стола 9. Фильтрат, образующийся в процессе обезвоживания, отводится с внутренней стороны ткани по поперечным пазам ленты и через продольное отверстие поступает в вакуумную камеру и сборный коллектор. Края верхней рабочей ветви ленты загибаются кверху направляющими 10, так что лента принимает форму желоба или корыта. Преимуществом ленточного вакуум-фильтра является то, что направление движения потока при фильтровании совпадает с направлением действия силы тяжести. При фильтровании быстро осаждающихся суспензий сначала осаждаются грубые частицы, образуя крупнокристаллический слой, через который идет дальнейшее фильтрование. Это создает оптимальные условия для процесса и повышает его скорость. К недостаткам ленточных вакуум-фильтров следует отнести их сравнительно большие габариты.
Рис. 43. Ленточный вакуум-фильтр I - фильтровальная ткань; 2 - направляющие для фильтровальной ткани; 3 - барабаны; 4 - лоток для подачи осадка; 5 - фильтровальный стол; 6 - прорезиненная лента: 7 - сборный коллектор фильтрата; 8 - поперечный желоб для отвода фильтрата; 9 - продольная прорезь: 10 - направляющие для ленты; II - резиновый шнур
2.3. Показатели работы барабанных вакуум-фильтров
Другим распространенным оборудованием для обезвоживания осадков является фильтр-пресс. Для этих целей наиболее широко применяют рамные и камерные фильтр-прессы, аппараты типа ФПАКМ и ленточные фильтр-прессы. Из всех известных механических обезвоживающих устройств фильтр-прессы дают осадок с самой низкой влажностью. Производительность их несколько ниже, чем у вакуум-фильтров при равных условиях кондиционирования. Рамные и камерные фильтр-прессы являются наиболее старыми и .широко известными аппаратами периодического действия, которые, благодаря введению систем автоматизации, усовершенствованию конструкции, применению новых фильтровальных тканей и конструкционных материалов, увеличению площади поверхности и фильтрации (в некоторых вариантах до 1000 м2), получили в настоящее время широкое распространение для обезвоживания осадков городских и промышленных сточных вод. Обычный фильтр-пресс с вертикальными рамами состоит из чередующихся плит и рам одинаковых размеров, опирающихся боковыми ручками на две параллельные направляющие. Между соприкасающимися поверхностями плит и рам имеются тканевые фильтровальные перегородки.
Рамы и плиты могут выполняться из пластмассы, полипропилена, поливинилиденфторида или металла: серого чугуна, стали, легированной стали или алюминиевого сплава. Уплотнение рам и плит осуществляется кромками фильтровальных перегородок. Рамы и плиты в процессе фильтрации сдвигаются в одно целое при помощи запорной плиты к неподвижной плите. Фильтруемая суспензия и фильтрат подводятся в направлениях, указанных стрелками. По окончании фильтрации рамы автоматически раздвигаются, кек падает вниз и отводится от фильтра транспортером. Производительность фильтр-прессов LФ кг/м2-ч), определяется по формуле
где Wк - конечная влажность кека, %;rтв " плотность осадка, г/см ; h .- давление, м; Lф - время фильтрации, с. Фильтр-прессы типа ФПАКМ разработаны у нас в стране украинским научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом химического машиностроения "УкрНИИХИММАШ". Аппараты данного типа выпускаются серийно Вердичевским заводом "Прогресс". Фильтр-пресс ФПАКМ (рис. 44) состоит из горизонтально расположенных фильтрующих плит 1, которые передвигаются вверх и вниз вдоль плоских стяжек 2. При опускании плит между ними образуется зазор в 45 мм. Передвижение и сжатие фильтрующих плит осуществляют нажимной плитой 13 и электромеханическим зажимом 12. Закрытие и раскрытие фильтр-пресса занимает 50—70 с. Фильтрующая плита, схема работы которой показана на рис. 45, состоит из двух частей: верхней 3 с дренажным устройством для отвода фильтрата и нижней 2, выполненной в виде рамки и образующей при сжатии плит камеру фильтрации. Между верхней и нижней частями установлены резиновые диафрагмы 6, которые при подаче из них воды под давлением 1,5 МПа отжимают жидкую фазу из суспензии, подаваемой в аппарат через коллектор подачи В, и прессуют осадок. Фильтровальная ткань ( см. рис. 44) в виде бесконечной ленты зигзагообразно протянута между фильтрующими плитами и приводится в движение приводом 8, установленным около нажимной плиты 13. В нижней части фильтра ткань проходит через камеру регенерации 9. Отвод фильтра осуществляется через коллектор 4.
Рис, 45 Схема работы фильтрующих плит (без промывки осадка) I - фильтрация: II - отжим; III - просушка; IV - выгрузка осадка; А - отвод фильтрата; В -- подача суспензии; С - подача воды на диафрагму; 1 - секции коллектора; 2 - рамка; 3 -плита; 4 - перфорированный лист; 5 -спирали; 6 - диафрагма
По окончании всех технологических операций плиты опускаются, образуя зазор для выхода осадка, который и выносится из межплитного пространства при передвижении ткани. Осадок снимается с двух сторон фильтр-пресса ножами 15 в течку 10. Во время выгрузки осадка автоматически включается подача воды в камеру регенерации 9, где ткань промывается и очищается скребками или щетками. Виброфильтры применяют для обезвоживания промышленных суспензий с середины 60-х годов. Они отличаются простотой конструкции, малой энергоемкостью и не требуют вспомогательного оборудования. Основное преимущество этих фильтров состоит в возможности обезвоживания некоторых категорий осадков без кондиционирования. Продольные, поперечные или комбинированные колебания фильтрующей перегородки интенсифицируют процесс удаления жидкости из суспензии. К недостаткам виброфильтров следует отнести сравнительно высокую влажность обезвоженных осадков и значительные потери твердой фазы с фильтратом. В настоящее время виброфильтры применяют в основном в химической, пищевой и обогатительной промышленности. Опыт их применения в практике обработки осадков сточных вод пока невелик. Фильтры делятся на напорные и безнапорные. Напорные виброфильтры применяют для очистки жидкостей от механических примесей и сгущения суспензий. Использование напорных вибрационных фильтров в практике сгущения осадков сточных вод ограничено.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Механическое обезвоживание осадков промышленных сточных вод» з дисципліни «Утилізація промислових відходів»
погруженного в корыто 8 с фильтруемой суспензией. Разделенный внутри на изолированные секции барабан вращается на валу, один конец которого соединен с электроприводом, а другой имеет распределительную головку 10. Назначение последней заключается в поочередном сообщении отдельных секций барабана с вакуумной и напорной линиями. При вращении барабана часть его поверхности погружена в находящуюся в корыте 8 суспензию. Фильтрат под действием вакуума проходит через фильтровальную ткань секции барабана и отводится наружу, кек, задержанный на фильтровальной ленте, подсушивается при помощи вакуума и отдувается сжатым воздухом. 