16. МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ОСАДКОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ НА СТАНЦИЯХ ВОДОПОДГОТОВКИ

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

16.1. Рассматриваемые методы и устройства предназначены для механического обезвоживания осадков, образующихся на станциях осветления, обезжелезивания и умягчения природных вод, с использованием серийно выпускаемого отечественного оборудования.

16.2. Механическое обезвоживание может найти применение при обработке осадков, образующихся на станциях осветления природных вод, характеризуемых мутностью до 400 мг/л.

16.3. Механическое обезвоживание осадков природных вод рекомендуется применять для осадков:

образующихся на станциях обезжелезивания и умягчения подземных вод, - при отсутствии свободных территорий, высоком уровне грунтовых вод и большом количестве атмосферных осадков;

поверхностных природных вод - при отсутствии свободных территории и условий для естественного замораживания и оттаивания осадков.

16.4. При дальнейшем рассмотрении технологических схем и установок для обработки осадков принята следующая условная классификация вод поверхностных водоисточников по их мутности и цветности (табл. 24) .

Таблица 24

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОСОБЕННОСТИ УСТАНОВОК

16.5. Разбавленный осадок из отстойников или осветлителей со взвешенным осадком, а также промывные воды фильтровальных установок следует направлять в сооружения для их усреднения и осветления.

Осадок, выделенный в указанных сооружениях, надлежит направлять на сооружения для его дальнейшего механического обезвоживания.

При необходимости следует предусматривать промежуточную емкость для выравнивания расхода осадка.

16.6. С целью интенсификации процесса осветления промывных вод следует добавлять полиакриламид (ПАА) из расчета 1-1,5 мг/л.

16.7. Выбор оборудования для механического обезвоживания осадков природных вод определяется их исходным качеством. Для обезвоживания гидроксидных осадков поверхностных вод следует в основном применять фильтр-прессы типа ФПАКМ или ФПАВ. Вакуум-фильтры для обезвоживания таких осадков могут найти применение лишь для вод с мутностью ³ 100 мг/л.

Для обезвоживания осадков, образующихся на станциях обезжелези-вания и умягчения подземных вод, следует использовать вакуум-фильтры и ленточные фильтр-прессы.

При использовании вакуум-фильтров следует применять аппараты со сходящим полотном, обеспечивающие возможность регенерации фильтрующей ткани.

16.8. Рекомендуется следующая технологическая схема механического обезвоживания гидроксидных осадков на фильтр-прессах (черт. 46).

Черт. 46. Технологическая схема обработки осадков
на камерном фильтр-прессе

1 - уплотнитель; 2 - дозатор ПАА; 3 - усреднитель-отстойник осадков из отстойников или осветлителей со взвешенным слоем осадка; 4 - усреднитель-отстойник промывных вод фильтровальных сооружений; 5 - насос; 6 - сборник осадка; 7 - дозатор флокулянтов и вспомогательных веществ; 8 - промежуточная емкость; 9 - нагревательный элемент; 10 - компрессор; 11 - монжус; 12 - камерный фильтр-пресс; 13 - транспортер; 14 - бункер; 15 - автосамосвал

Осадок из усреднителей-отстойников непосредственно или через промежуточную емкость поступает в уплотнители. С целью интенсификации процесса уплотнения в осадок перед уплотнителями следует вводить ПАА.

Уплотненный осадок перелавливают из уплотнителей в емкость для подготовки его к механическому обезвоживанию. В зависимости от вида осадка и способа его подготовки в емкость с помощью дозаторов могут подаваться известь, флокулянты и присадочные материалы. Помимо этого, емкость может быть оборудована системой подогрева осадка. Подготовленный к механическому обезвоживанию осадок отводится в монжус, откуда с помощью компрессора передавливается в камерный фильтр-пресс. Обезвоженный осадок с помощью транспортера через бункер удаляется автотранспортом с территории станции. Фильтрат после фильтр-прессов отводится в канализационные сети.

16.9. При использовании для механического обезвоживания гидроксидных осадков вакуум-фильтров монжус следует заменить плунжерными или шнековыми насосами.

16.10. В конструктивном отношении усреднители-отстойники должны обеспечивать возможность эффективного отведения осветленной воды и осадка на дальнейшую обработку.

16.11. Конструкции уплотнителей зависят от качества обрабатываемого осадка. Для осадков маломутных цветных вод следует стремиться, чтобы отношение диаметра и глубины уплотнителя составляло 1 : 2. С увеличением мутности исходной воды указанное отношение можно увеличивать, и при уплотнении осадков из вод с мутностью свыше 100 мг/л в качестве уплотнителей могут быть использованы радиальные отстойники диаметром до 18 м.

16.12. Подготовку уплотненного осадка к обезвоживанию можно осуществлять либо в специальной емкости, либо непосредственно в монжусе.

ПОДГОТОВКА ОСАДКА К МЕХАНИЧЕСКОМУ ОБЕЗВОЖИВАНИЮ

16.13. Механическое обезвоживание осадков, образующихся на станциях обезжелезивания и умягчения подземных вод, следует осуществлять после их уплотнения без дополнительной подготовки.

16.14. Механическое обезвоживание гидроксидных осадков поверхностных природных вод следует осуществлять только после предварительной подготовки, обеспечивающей изменение их исходной физико-химической структуры.

16.15. Предварительная подготовка гидроксидных осадков к обезвоживанию может включать их уплотнение в сооружениях вертикального или радиального типа, коагуляцию химическими реагентами, добавление вспомогательных веществ, нагрев до 60-98 °С, замораживание-оттаивание.

П р и м е ч а н и я: 1. Замораживание-оттаивание следует предусматривать при подготовке к обезвоживанию осадков маломутных цветных и высокоцветных вод, обладающих наиболее низкой водоотдающей способностью.

2. Выбор температуры нагрева осадка следует осуществлять с учетом возможностей обезвоживающих аппаратов.

16.16. Уплотнение гидроксидных осадков маломутных цветных вод следует производить в уплотнителях вертикального типа, оборудованных устройствами для непрерывного нарушения структуры осадка.

Уплотнение осадков, полученных из поверхностных вод с мутностью свыше 100 мг/л, а также осадков, образующихся на станциях обезжелезивания и умягчения подземных вод, в зависимости от производительности станции можно осуществлять в уплотнителях вертикального или радиального типа.

Для предварительных расчетов при проектировании влажность уплотненного в течение 2 ч осадка Р_упл следует принимать, %:

для осадка железосодержащих подземных вод - 97,0; при увеличении продолжительности уплотнения до 24 ч влажность уплотненного осадка снижается до 92-94;

для осадка, образующегося на станциях умягчения воды, - 92-94.

16.17. Для предварительных расчетов при проектировании влажность уплотненного осадка поверхностных вод Р_упл, %, в зависимости от качественных показателей исходной воды можно определять по следующему выражению:

Р_упл = 96,034 + 1,8 × 10^-2 Ц - 3 × 10^{-2 М} - 1,26 × 10^{-4 М2} , (66)

где Ц - цветность исходной воды, град;

М - мутность исходной воды, мг/л.

Продолжительность уплотнения осадков поверхностных вод следует принимать равной 6-10 ч в зависимости от качества осадков, причем с увеличением минеральных примесей в них продолжительность уплотнения снижается.

16.18. Для интенсификации процесса уплотнения в осадок добавляют ПАА из расчета 0,04 % массы сухого вещества осадка. Продолжительность уплотнения при этом следует принимать равной 2-4 ч.

16.19. В качестве химических реагентов для коагуляции осадков перед их механическим обезвоживанием могут использоваться известь, минеральные железосодержащие коагулянты, флокулянты.

16.20. Известь при подготовке гидроксидных осадков к обезвоживанию может использоваться самостоятельно. Для предварительных расчетов дозу извести по СаО следует принимать для осадков вод, % массы сухих веществ обрабатываемого осадка:

повышенной мутности - 10-15;

средней цветности и мутности - 20-30;

маломутных средней цветности - 30-50;

маломутных высокоцветных - 60-100.

При этом доза извести возрастает с увеличением цветности и снижением мутности исходной воды.

16.21. Самостоятельное использование флокулянтов для подготовки гидроксидных осадков к механическому обезвоживанию возможно лишь при обезвоживании осадков вод повышенной мутности.

Флокулянты следует использовать для сокращения расхода извести. При этом для предварительных расчетов следует принимать дозу флокулянта 0,2 % по активной части от массы сухих веществ и дозу извести по СаО - 20 % для маломутных цветных вод и 15 % для вод средней цветности и мутности.

16.22. Для сокращения расхода извести при подготовке гидроксидных осадков к обезвоживанию можно использовать различные вспомогательные вещества, среди которых следует отметить золу-унос от сжигания торфа, угля и сланцев, диатомит, перлит, опилки, песчаную пыль и другие отходы.

Эффективность применения вспомогательных веществ необходимо подтвердить опытным путем. Обычно добавка вспомогательных веществ в количестве 50-100% массы сухих веществ осадка позволяет сократить расход извести в 2 раза.

Совместное использование вспомогательных веществ и флокулянтов позволяет полностью отказаться от применения извести при обезвоживании осадков, полученных из вод средней цветности и мутности.

16.23. При перекачке осадка перед обезвоживанием и особенно после коагуляционной и флокуляционной обработки во избежание разрушения его структуры не допускается использование центробежных насосов, их следует заменять плунжерными или шнековыми.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКОВ

16.24. Расчет уплотнителей следует осуществлять по максимальному часовому количеству осадка, образующемуся в период паводка, с учетом сокращения периода уплотнения в 2 раза по сравнению с указанным п. 16.17.

16.25. Расчет оборудования для обезвоживания осадка вод поверхностных источников следует вести, принимая во внимание среднегодовые показатели качества исходной воды.

16.26. На период паводка необходимо предусматривать создание аккумулирующей емкости для уплотненного осадка, который не может быть обезвожен на установленном оборудовании.

Аккумулирующую емкость следует оборудовать насосной станцией, обеспечивающей перекачку находящегося в ней осадка на обезвоживающие аппараты в период межени.

16.27. Основные параметры работы фильтр-прессов:

толщина слоя обезвоженного осадка на фильтровальной перегородке при обезвоживании на фильтр-прессах и вакуум-фильтрах барабанного типа должна быть Н_ос ³ 5 мм;

объем осадка, подаваемого в фильтр-пресс, - не менее общего объема камер, соответствующего паспортным данным;

удельный объем подаваемого осадка W_исх ³ 0,04 м³/м² (приме­ни­тельно к фильтр-прессам типов ФПАКМ и ФПАВ) .

16.28. Производительность обезвоживающих аппаратов по сухому веществу осадка Q, кг/(м² • ч), выраженная через массу твердой фазы осадка, может быть рассчитана по формуле

, (67)

где m_тв - масса твердой фазы осадка, кг;

F - поверхность фильтрования, м;

t_ц - продолжительность фильтроцикла, ч;

К - коэффициент запаса, учитывающий колебание свойств осадка и кольматацию фильтровальной перегородки, равный 0,6-0,8.

Продолжительность фильтроцикла t_ц, ч, при обезвоживании осадков на фильтр-прессах равна:

t_ц = t_ф + t_отж + t_всп , (68)

где t_ф - продолжительность фильтрования, ч;

t_отж - продолжительность отжима, ч;

t_всп - продолжительность вспомогательных операций, включающая время заполнения камер осадком в объеме, равном объему камер фильтр-пресса, время выгрузки осадка и регенерации ткани и принимаемая по паспортным данным, ч.

Продолжительность фильтроцикла t_ц, ч, при обезвоживании осадков на вакуум-фильтрах равна:

, (69)

где a_ф - угол зоны фильтрования, град.

Масса твердой фазы осадка составляет

m_тв = W_исх С_исх , (70)

где W_исх - объем исходного осадка, м³ ;

C_исх - концентрация исходного осадка, кг/м³.

Подставляя значения из формул (68) - (70) в формулу (67), получим следующие зависимости для определения производительности:

фильтр-прессов

; (71)

вакуум-фильтров

. (72)

Если концентрацию исходного осадка в формулах (71) и (72) заменить влажностью исходного осадка, указанные зависимости соответственно принимают следующий вид:

; (73)

, (74)

где Р_исх - влажность исходного осадка, %;

r_исх - плотность исходного осадка, кг/м³.

Производительность обезвоживающих аппаратов может быть определена также по объему выделившегося фильтрата и влажности исходного и обезвоженного осадков из следующего соотношения:

W_исх (100 - Р_исх) = (W_исх - W_ф) (100 - Р_ос) , (75)

откуда . (76)

Подставив зависимость (76) в формулы (73) и (74), получим следующие выражения:

; (77)

. (78)

16.29. Давления фильтрования G_ф и отжима G_отж, поддерживаемые при работе фильтр-прессов, определяются сжимаемостью обезвоживаемых осадков. Однако учитывая, что в процессе подготовки осадков к обезвоживанию значение сжимаемости обрабатываемых осадков приводят к определенному уровню, при проектировании могут быть приняты следующие значения давлений в зависимости от качества обрабатываемого осадка, которые будут корректироваться в процессе эксплуатации:

для осадков маломутных цветных и высокоцветных вод

G_ф = 0,3-0,4 МПа; G_отж = 0,8-1,0 МПа;

для осадков вод средней цветности и мутности

G_ф = 0,4-0,5 МПа; G_отж = 1,0-1,2 МПа;

для осадков вод повышенной мутности

G_ф = 0,5 МПа; G_отж = 1,2 МПа;

16.30. Для предварительных расчетов при проектировании производительность вакуум-фильтров при обезвоживании осадков, образующихся на станциях обезжелезивания, следует принимать равной 80-100 кг/(м² × ч), влажность обезвоженного осадка - 60-70 %.

При обезвоживании на вакуум-фильтрах осадков, образующихся при умягчении подземных вод, производительность следует принять равной 90-120 кг/(м² × ч), влажность обезвоженного осадка - 50-60 %.

При обезвоживании гидроксидных осадков поверхностных природных вод производительность фильтр-прессов по сухому веществу следует принимать, кг/(м² × ч), для осадков вод:

маломутных цветных - 3-5;

средней цветности и мутности - 5-10;

повышенной мутности - 10-15.

При этом влажность обезвоженного осадка соответственно, %, для осадков вод:

маломутных цветных - 70-75;

средней цветности и мутности - 60-70;

повышенной мутности - 55-65.