За по-нататъшната употреба на утайките и в частност, за ефикасното им транспортиране, е необходимо да се намали значително тяхното водно съдържание. Първият технически етап, който не е просто уплътняване на утайките в ПСОВ, е обезводняването. При този процес се увеличава съдържанието на сухо вещество в тях и чрез филтриране с филтърни платна/ центрофуги или филтър-преси се получава твърд кек. Посредством механично налягане и физични процеси от утайките се отделя воднист отпадъчен поток, като по този начин първоначалният обем е намален. Процесът е свързан с увеличение на топлината, което позволява независимо и икономично изгаряне. Очакванията са общите разходи за обезвреждането на утайките да се намалят в случаите, когато воднистият отпадъчен поток не изисква допълнително третиране за отделяне на замърсителите, или то е минимално.
При обезводняване по-високо от 10 % е необходима химична обработка, с цел да се улесни отделянето на водата от утайките. Това се постига с помощта на флокуланти (вж. ↗ ‘Възможности за оптимизация’).
В резултат на обезводняването се получава кек с 20 – 50 % съдържание на сухо вещество. Механичното обезводняване зависи много от избраните техники, предварителната обработка, вида и състава на утайките. Съществуват редица методи за обезводняване и изборът зависи от състава и количеството на произведените твърди частици, както и от нужния кек. Най-често за механичното обезводняване на утайки се използват машини, като утаители, центрофуги, лентови и камерни филтър-преси. Филтър-пресите и лентовите филтър-преси дават добър резултат при обезводняването, но изискват голямо пространство, някои от тях работят с прекъсвания и имат по-ниска производителност, отколкото други технологии.
Може да се направи следното приблизително разграничаване между основните използвани техники/ инсталации за обезводняване:
-
Филтър (или рамковите) преси се използват, когато утайките се подават на партиди и ръчно. С филтър-пресите се получава кек, чието съдържание на сухо вещество достига 40 %.
-
Лентовите филтър-преси се използват при непрекъснат процес, като филтърното платно през цялото време минава през ролките, които със сила обезводняват утайките. Те могат да произведат кек с до 35 % сухо вещество.
-
Центрофугите също са подходящи за непрекъснати процеси и произвежданият от тях кек е с до 40 % съдържание на сухо вещество при определени утайки. Благодарение на центробежните сили, те са особено ефективни при разрушаването на твърдите микро частици.
На повечето места се използват филтър-преси, като след това воднистата част минава през избистряне или пневматична флотация, преди да бъде отведена. Излишните твърди частици се връщат за третиране. (↗BREF WT; 2.3.3.6 Обезводняване, стp.68ff.).
Енергийните разходи за увеличаване съдържанието на сухо вещество от 5% до 35% са приблизително 3-5 kWhел. на kg H20 за дренажната инсталация.
|
Описание на основния процес
|
Фактори, които да се вземат под внимание
|
Примерни обекти
| Утаителни центрофуги |
Утаителните центрофуги са машини, които отделят твърдите от течните фази в един единствен процес посредством бързото въртене на суспензията в барабана. Центробежната сила разделя различните фази и отвежда излишната течност. Утаителните центрофуги се използват, когато твърдите частици са с много по-голямо относително тегло, отколкото водата. Направляващи прегради вътре в тях определят правилния поток на отделените фази и не позволяват взаимно замърсяване. Утайката, която се образува от твърдите частици, постоянно се отстранява, например посредством транспортиращ шнек, който се върти със скорост, различна от тази на барабана. Центрофугирането позволява обезводняване на утайките от около 3% до поне 25% с.в.
Потреблението на електроенергия при този метод е от порядъка на 50 W/kg с.в. Експлоатационните разходи за един час работа на центрофугата започват от 20 евро. За всеки тон сух остатък от подадените към центрофугата утайки са нужни до 12 kg органични флокуланти. Крайните годишни разходи по експлоатацията, включващи изграждането/ поддръжката, възлизат на 180 евро за тон с.в.
|
По-висока производителност в сравнение с другите методи
|
ПСОВ в
Пазарджик, Сопот, Бургас, Китен, Ловеч и Плевен – цяла България
|
Напречните сили ефективно разрушават твърдите микро частици.
|
Центрофугите се износват лесно заради пясъка и други твърди неорганични частици и изразходват много електроенергия при стартиране на процеса.
|
Възможности за оптимизация:
|
Използването на ротационна филтърна техника. Тя е подобна на центрофугирането, но вътре в барабана има четки. Методът се прилага най-често за разделяне на пясък от вода и сега е доразработен за обезводняване на утайки. Недостатъкът е, че въртящият се барабан трябва да се изпразва по-често. Могат да се постигнат същите резултати на обезводняване, както с други конвенционални методи (до 28% с.в.), дори и без стабилизиране с флокуланти.
|
Не е необходима предварителна обработка с флокуланти.
|
|
По-малко количество отделени замърсители от водата от утайките, което я прави по-натоварена със замърсители
| Филтър-преси |
Във филтър пресата суспензията се притиска към филтърна преграда. Тя задържа твърдите частици и пропуска само течната част, която минава през филтъра и се събира като филтрат без твърди частици. На филтърната преграда се оформя кек. Като филтърни прегради в някои преси се използват тъкани, известни като филтърни платна, а в други – полупропускливи мембрани или плочи. При непрекъснатите процеси (рамкови преси) този кек се изважда от машината в края на процеса, когато пресата се отвори. Използването на текстилни филтър-преси изисква стабилна суспензия, която да не полепва по филтърната преграда и да не образува задръстване.
В Германия крайните годишни разходи по експлоатацията, включващи построяването/ поддръжката, започват от 200-240 евро за тон с.в.
Листова (или камерна) филтър преса и рамкови (или мембранни) филтър-преси
Това са машини за обезводняване, при които се използва налягане (обикновено 60-80 фунта на квадратен инч) за отделяне на течността от течно-твърдия разтвор. Те са особено подходящи за суспензии с малко съдържание на твърда фаза (<2% твърди частици) или примеси от ситнеж (сито номер 200). Но по същество, те обезводняват много комбинации от суспензии с различен размер и процентно съдържание на твърди частици. Използвайки принципа на камерната филтър-преса (твърди листи от стената на камерата се притискат един към друг, след като междинната камера се напълни със суспензията), мембранните филтър-преси действат на две фази с помощта на камера и мембранни листи. През първата фаза камерите се пълнят до ниво, при което физичната сила води до обезводняване. През втората, оформилият се кек се притиска към еластични мембрани.
Лентова филтър преса
Тази машина за обезводняване прилага механично налягане върху химически стабилизираната суспензия, която се притиска от двете страни от опънати ленти, минаващи през серпентина от ролки с все по-малък диаметър. Операциите на машината могат да се разделят на три основни етапа: първоначално обезводняване, където от утайките се получава гъста каша; притискане или филтриране при средно налягане, което подготвя утайките за филтрация под високо налягане; както и филтрация при високо налягане, която повишава максимално съдържанието на сухо вещество в кека. Съществуват лентови филтър-преси с три и две ленти, и удължена гравитачна двулентова конструкция. Трилентовата преса има независима зона за оттичане с по-отворена лента за по-бързо намаляване обема на водата. Моделът с удължена лента има по-дълга зона за гравитачно оттичане. Изборът на основната машина зависи от типа утайки и подаването на твърди частици. Предимството на лентовия филтър е непрекъснатата експлоатация. Обикновено лентовата филтър-преса третира суспензия с първоначално съдържание на твърди частици вариращо между 1 и 4% и произвежда кек с 12-35% съдържание на сухо вещество.
|
Техниката не е податлива на износване от пясък и други твърди неорганични частици.
|
|
По-високо съдържание на твърди частици във филтърният кек и по-добро отделяне от филтърните прегради, по- добра консистенция като резултат от обезводняването
|
Например, ПСОВ в Хасково, Златоград, Мадан, Велико Търново, Севлиево, Горна Оряховица, Попово, София, Самоков и Благоевград – цяла България
|
По-скъп в резултат на по-голямата първоначална инвестиция (разходите по оборудването) и поддръжката
|
По-бързо зареждане, по-голяма производителност в сравнение с методите с прекъснат процес на работа
|
| Шнекови преси |
Този метод се състои от шнеков транспортьор, който се върти в цилиндрично сито с променлива скорост. Свободната вода се филтрира през отворите на преградата, докато шламът се предвижва бавно, по силата на гравитацията, по шнековата сонда към изхода. Ситото се почиства редовно с автоматично отмиващо устройство. Шнековите преси са доста нечувствителни към едър материал, заради по-голямото пространство за преминаване между шнековия транспортьор и ситото. Не се образува филтърен кек и по този начин се избягва високото филтрационно съпротивление, а и не се използва много материал за предварително стабилизиране.
Общата инвестиция за изграждането на обезводнителен процес с използването на шнекова преса (вкл. монтаж и тръби) се оценява на 0.11 милиона евро за една ПСОВ с 30,000 Е.ж. Потреблението на електроенергия е приблизително 10 W за kg с.в..
|
Сравнително тихи, нисък разход на вода за промиване
|
|
~ Ниско потребление на енергия
|
Устойчивост на износване, висока експлоатационна стабилност
|
€ Оценява се като най-евтиният начин за механично обезводняване
|
Мобилни версии
|
Мобилните версии за обезводняване на утайки използват най-много технологията на центрофугата, шнековата и рамковата преса. Обикновено мобилните съоръжения за обезводняване се предпочитат в децентрализирани ПСОВ с ниско производство на утайки, какъвто е случаят със селските райони. Нередовните количества обезводнени утайки се подлагат на съвместно изгаряне. Това е единственият вариант на практика за по-нататъшно топлинно оползотворяване, което от своя страна не дава възможност за оползотворяване на фосфора.
Директните разходи за мобилно обезводняване при условията в Западна Европа варират от 7 до 12 евро / m3 подадени мокри утайки.
|
Свързани са със сравнително високи разходи; ПСОВ трябва да осигури временно място за съхранение, допълнително пространство за маневри и ел. проводници с високи стойности
|
|
Непостоянното производство на обезводнени утайки в съответните станции ограничава възможностите за тяхното оползотворяване и за договаряне на цени за обезвреждането им.
|
Възможности за оптимизация:
|
Стабилизиране на утайките
Консистенцията на уплътнените утайки е от съществено значение за успешното обезводняване. Предпочитат се методите, които осигуряват идеално трошливи уплътнени утайки с добра структура и висока делителна повърхност. Повторното разреждане на филтрата или концентрата (водата от утайките) трябва да бъде сведено до минимум. При предварителната обработка на утайките, с цел постигане на по-добри резултати при обезводняването и нива на съдържание на сухо вещество >10 %, обикновено се добавят органични коагулиращи агенти или други утаители. Трябва да се направи разграничаване между неорганичните флокуланти (железни и алуминиеви соли, вар, въглен, и др.) и органичните (органични полимери). Неорганичните вещества действат не само като флокуланти, но и като изграждащи елементи, т.е. те значително увеличават съдържанието на неорганична материя, следователно, на неподлежащата на изгаряне част от обезводнените утайки (пепел). Поради тази причина, за третирането на утайки се използват предимно органични вещества. (↗BREF WI; 2.2.3.2.1 Физично обезводняване, стр.29). Съществува голямо разнообразие от полимери с високо молекулно тегло, които са ефективни флокуланти и подобряват обезводняването.
|
~ Намалява потреблението на електроенергия
|
ПСОВ Самоков, България
|
По-ефективни обезводняване и експлоатация
|
Солите, които се използват като флокуланти, увеличават съдържанието на пепели в утайките.
|
Органичните флокуланти под формата на полимери почти не се разграждат и могат да бъдат вредни за водите. Затова употребата им трябва да се ограничи.
(Забележка: От 2014г. Германия ще забрани използването с комерсиална цел на тор, получена с тяхна помощ)
|
|
Отделяне на фосфат
Намаляването на нивата на фосфат в утайките влияе положително на обезводняването. Съдържанието на сухо вещество при обезводняване може да се увеличи с до 5% , а при намаляване на фосфата, и повече.
За премахването на фосфата могат да се използват биологични или химични процеси (напр. чрез утаяване с желязо). Най-често се прибягва до биологичните процеси, тъй като са по-евтини и по-лесни за реализация от техническа гледна точка. Недостатъкът при тях е, че фосфорът не се стабилизира, а преминава във взаимозаменяеми съединения с биологична структура, които могат да се разтворят и активират отново при различни промени в околната среда. Освен с биологично отделяне на фосфора, проблемът може да се реши и чрез специфично утаяване на фосфата, като се увеличи pH. Процесът ЕърПрекс (AirPrex) предлага един възможен подход, приложим след aнаеробното стабилизиране, предхождайки обезводняването. pH се увеличава чрез обезвъздушаване и добавяне на магнезиев хлорид (например, вж. ↗ www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3471.pdf).
|
Спестяват се полимерните флокуланти
|
ПСОВ Берлин Васмансдорф, Германия
|
МАР (Струвит), който се утаява по време на този процес, се е доказал като потенциален продукт за торене (вж. ↗Оползотворяване на фосфора)
|
Увеличава ефикасността на обезводняването
|
Таблица 1: Специфични параметри на различните технологии за обезводняване
Използвана технология
|
Производителност
|
Капацитет
|
Енергиен разход
|
Доза на кондициониращия агент
|
Максимално съдържание на с.в.
|
m³ утайка/h
|
kg с.в./h
|
kWh/ m³ утайка
|
Ca(OH)2 kg/ m³
|
FeCl3 kg/ m³
|
Полимер kg/t с.в.
|
%
|
Утаителни центрофуги
|
1 - 200
|
20 - 6,000
|
1 - 1.6
|
|
|
8 - 12
|
~20 - 32
|
Камерна филтър преса
|
|
|
0.8 - 1
|
~15
|
~5 - 7.5
|
6 - 12
|
~22 - 40
|
Мембранна филтър преса
|
|
|
|
~3 - 4
|
~1 -1.5
|
~5
|
~30 - 45
|
Рамкова филтър преса
|
2 - 30
|
100 - 1,500
|
0.5 - 0.8
|
|
|
~6
|
~20 - 30
|
Шнекова преса
|
1 - 30
|
5 - 1,000
|
0.2 – 0.3
|
|
|
0.01
|
~20 - 35
|
Достарыңызбен бөлісу: |
