Характеристика основных технологий переработки осадков очистных сооружений

      Большинство крупных очистных сооружений сталкивается с вопросом утилизации илового осадка, получаемого после прохождения основных этапов очистки сточных вод. Данная проблематика актуальна и для очистных сооружений предприятий нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей. В настоящее время выделяют следующие методы:

- депонирование отходов на полигонах;

- компостирование ;

- термический метод.

Выбор оптимального варианта обезвреживания или переработки отходов (осадков) очистных сооружений предприятий нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности зависит от климатических условий, социально-экономических условий, наличия необходимого оборудования и реагентов, а также возможности вторичного использования обезвреженного материала. Рассмотрим подробно каждый из представленных вариантов.

     1. Депонирование отходов на полигонах Особенностью осадков сточных вод, образующихся при механической и биологической очистке сточных вод, является высокое содержание в них тяжелых металлов и серосодержащих соединений, что усложняет процессы их утилизации. Наиболее распространенным способом утилизации осадков сточных вод является депонирование в специальных резервуарах – шламонакопителях. С увеличением объемов осадков сточных вод, требуется все больше площадей для их размещения, что весьма затруднительно в освоенных и заселенных районах. Увеличение стоимости земель приводит к неуклонному росту затрат на эксплуатацию и обслуживание мест размещения отходов. Накопление отходов на производственных территориях в случае отказа от их переработки или обезвреживания, может привести к интенсивному загрязнению поверхностных и подземных вод, почв, растительного покрова, а также ухудшить санитарно-эпидемиологическую ситуацию. Подобный способ обращения с отходами не отвечает современным экологическим и техническим требованиям, не позволяет использовать энергетический и ресурсный потенциал отходов. Также, проектирование и создание новых шламонакопителей для накопления подобных отходов, их обслуживание и контроль состояния требует значительных финансовых затрат.

     2. Компостирование Метод компостирования применяется к аэробно стабилизированной смеси осадков первичных отстойников и избыточного активного ила. В связи с тем, что процесс эффективен лишь при определенной влажности осадков, целесообразно подвергать компостированию механически обезвоженные осадки (после центрифуг) или осадки, подсушенные на специальных площадках. Для получения полноценного удобрения, необходимо сформировать исходную массу с достаточно высокой пористостью. Обычно с этой целью применяются разрыхлители-наполнители - опилки, щепа, стружка и т. д., которые разлагаются по мере созревания компоста. В полученную смесь добавляют микробиологический препарат, а аэрацию субстрата осуществляют перемешиванием, что способствует активному биотермическому процессу. Интенсивность процесса и качество получаемого компоста зависят от созданных условий для жизнедеятельности микроорганизмов, физико-химического состава смеси с наполнителем, условий аэрации, гомогенизации, теплообмена. Продолжительность процесса зависит от принятой технологии, оборудования, объема и состава отхода, климатических факторов, размера штабелей, количества подаваемого воздуха, периодичности перемешивания и т.д. Для компостирования аэробно стабилизированных и предварительно осушенных осадков сточных вод применяют различные технологии и оборудование: - в штабелях на площадках с использованием бульдозеров, экскаваторов, смесителей периодического действия и другой техники и механизмов; - в траншеях с использованием оборудования для перемешивания, гомогенизации и насыщения воздухом; - в биобарабанах; - в ферментаторах и др. При применении указанных технологий, продолжительность процесса компостирования осадков с наполнителями составляет: - от 2 до 12 суток (механизированные методы); - от 3 до 6 месяцев (компостирование в штабелях). Готовый компост должен обладать благоприятными физико-химическими и механическими свойствами, которые улучшают структуру почв, их водно-воздушный режим и, как результат, агротехнические характеристики.

     Преимуществами применения метода компостирования для отходов , образованных после механической и биологической очистки сточных вод является улучшение санитарно-гигиенических показателей вследствие гибели болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и пр. По сравнению с термической сушкой, существенно сокращаются топливно-энергетические затраты на обеззараживание отходов. Однако, существует целый ряд ограничений для применения метода компостирования для отходов после механической и биологической очистки сточных вод предприятий нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Во-первых, в условиях обработки большого количества отходов получение разрыхлителей, наполнителей и специальных препаратов в достаточном количестве может представлять серьезную проблему. Во-вторых, компостированию подвергаются предварительно осушенные отходы, поскольку компостирование «сырых» отходов – весьма энергоемкий процесс и экономически доступный только для небольших очистных сооружений. В-третьих, компост, полученный из отходов после механической и биологической очистки сточных вод предприятий нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, должен соответствовать современным требованиям к грунтам и их компонентам, а именно соответствовать нормативам по содержанию тяжелых металлов и других токсикантов, быть безопасным по санитарно-эпидемиологическим показателям, обладать органолептическими и нормированными гранулометрическими свойствами. В-четвертых, для реализации данного метода обезвреживания отходов требуется отвод значительных земельных участков для обустройства компостных ям. Также, широкому применению компостирования отходов очистных сооружений препятствует длительность процесса и ограниченность применения метода теплым временем года. И, наконец, компост, получаемый из отходов от механической и биологической очистки сточных вод промышленных предприятий нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей может иметь ограниченную область применения и требовать дополнительных мер по мониторингу из-за наличия высокой концентрации тяжелых металлов.

     3. Термические методы Отход, образованный в результате механической и биологической очистки сточных вод промышленных предприятий после механического обезвоживания (центрифугирования) продолжает содержать в себе 70-80 % влаги. При этом полученный субстрат способен загнивать, поэтому нуждается в дальнейшей переработке или обезвреживании. На сегодняшний день существует довольно много разнообразных термических технологий, но все они подразделяются на две категории: - термическая сушка; - сжигание.

     Термическая сушка – это процесс, обеспечивающий обеззараживание и значительное сокращение объема осадков сточных вод. Осадок после термической сушки представляет собой незагнивающий, свободный от гельминтов и патогенных микроорганизмов сыпучий материал влажностью 10-40%. Благодаря удалению из осадков при сушке большей части влаги, их масса уменьшается в несколько раз. Высушенные осадки в отличие от исходных не обладают адгезией к металлам и другим материалам и не слипаются. Это значительно облегчает их транспортировку, дальнейшую утилизацию в качестве удобрения, в производстве строительных материалов и т.д. Термическую сушку осадков производят на установках, состоящих из сушильного аппарата (сушилки), подогревателей, скрубберов, дутьевых устройств, конвейеров и бункеров. В зависимости от способа подвода теплоты сушильные аппараты делят на: - кондуктивные - конвективные К кондуктивным сушилкам относятся: вакуумные, вальцевые, скребковые и шнековые. В вакуумных сушилках процесс сушки осадка происходит в вакууме, создаваемом конденсацией вторичного пара в барометрическом конденсаторе. Сухой осадок влажностью 30—40% выгружается гребками на конвейер. Основными недостатками вакуум-сушилок являются низкая производительность, периодичность работы и вследствие этого высокая стоимость сушки. Вальцевая сушилка представляет собой медленно вращающийся полый барабан — валец, обогреваемый изнутри паром с температурой 150—170°С. Производительность сушилки при температуре пара 152°С и времени сушки 0,85 мин составляет 34 кг/ч с 1 м барабана. Недостаток вальцевой сушилки состоит в низкой производительности и создании в рабочей зоне неблагоприятных условий для обслуживающего персонала. Более широкое распространение получили конвективные сушилки. Они делятся на стационарные и динамические. К стационарным относятся сушилки с фильтрующим слоем (барабанные, многоподовые, ленточные, петлевые и др.); к динамическим — сушилки со взвешенным слоем (кипящим и фонтанирующим), распылительные сушилки, а также пневмосушилки. В сушилках второй группы продолжительность процесса меньше, чем в аппаратах первой группы. В технологии термической сушки осадков с целью снижения энергозатрат применяют различные методы подготовки осадка: предварительный нагрев, вибрационную или магнитную обработку, введение ПАВ, добавление ретура — 20—70% сухого вещества пылеобразной фракции осадка, образующейся в процессе сушки и отделяемой в циклоне при очистке потока газовоздушной взвеси. Барабанные сушилки работают по схеме с прямоточным движением осадка и сушильного агента, в качестве которого применяют топочные газы. Частота вращения барабана 1,5—8 мин . Сушильный барабан устанавливают наклонно к горизонту. Для измельчения, перемешивания и предотвращения налипания осадка в сушилке дополнительно устанавливают цепи, свободно подвешиваемые к внутренней поверхности барабана. Расчетная нагрузка на 1 м3 барабанной сушилки — 60 кг влаги в 1 ч; влажность осадка: поступающего — 78— 80%, после термической сушки — 20—25%; температуpa сушильного агента (дымовых газов): на входе в сушилку — 700—800°С, на выходе из нее — 250°С. Барабанные сушилки имеют большую единичную производительность, но малое напряжение по влаге, что обусловливает их большие габариты, массу и металлоемкость. Эти сушилки требуют высоких капитальных затрат, имеют низкий КПД и сложны в эксплуатации. Наиболее эффективными являются конвективные сушилки динамического типа: распылительные, пневматические (трубы-сушилки), сушилки со встречными струями, сушилки с кипящим и фонтанирующим слоями. Распылительные сушилки применяют для сушки уплотненного избыточного активного ила влажностью не менее 94%. Температуpa теплоносителя после газовой топки равна 300 — 350°С, а при контакте с илом в сушилке не превышает 150°С. На выходе из аппарата температуpa отходящих газов снижается до 75— 90°С. Влажность высушенного ила 5—10%. Высушенный ил совместно с отработанным теплоносителем отводится в циклон, где выгружается через бункер. К недостаткам распылительных сушилок относятся: низкий КПД, громоздкость, наличие быстровращающихся частей в зоне высоких температур, создание неблагоприятных санитарно-гигиенических условий в местах выгрузки высушенного продукта, необходимость дополнительной обработки ила (гранулирование) для последующего его использования. Пневматические сушилки (трубы-сушилки со встречными струями) предназначены для сушки обезвоженных осадков сточных вод и представляют собой вертикальную трубу, по которой снизу вверх движется смесь топочных газов и взвешенных в их потоке частиц осадка. При прохождении по трубе осадок в течение нескольких секунд высушивается до влажности 5—10 % и отделяется от отходящих газов в сепараторе. Эти сушилки являются простыми по конструкции и эффективными аппаратами. Однако они имеют ряд недостатков: большую высоту, трудность регулирования процесса сушки, высокий расход электроэнергии. Недостатками сушилок со встречными струями являются измельчение осадка и образование значительного количества пыли, а также необходимость дезодорации отходящих газов. Сушилки с кипящим слоем позволяют получить высушенный осадок заданного гранулометрического состава. Сушилки с кипящим слоем по сравнению с другими типами и особенно барабанными обладают рядом преимуществ: отсутствием движущихся частей, более высокой удельной производительностью, возможностью сушки материалов с любой начальной влажностью и др. Применение сушилок с кипящим слоем, увеличивая интенсивность всего процесса сушки, приводит к значительному уменьшению их размеров и производственных площадей, дает возможность использовать высокотемпературный теплоноситель. Все это должно привести к значительному снижению расхода топочных газов и увеличению коэффициента полезного действия сушилки. Основными недостатками сушилок с кипящим слоем являются: сложность гранулирования обезвоженных осадков; неравномерное распределение их по всему кипящему слою; неравномерность времени пребывания частиц осадка в кипящем слое, из-за чего вероятна выгрузка влажных и недосушенных частиц. В целом, основным преимуществом термической сушки является то, что в высушенном осадке сохраняются органические вещества, являющиеся ценным компонентом удобрений. Таким образом, для крупных очистных сооружений, осадки которых могут быть использованы в коммерческих целях и в качестве удобрений, наиболее рациональным методом их окончательной обработки является термическая сушка. Однако для предприятий нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности в осадках очистных сооружений содержится довольно большое количество тяжелых металлов, вредных неорганических соединений, а также нефтепродукты, что в конечном счете препятствует их дальнейшему полезному применению. К недостаткам также можно отнести и высокую стоимость процесса обезвреживания отходов. Также, при термической сушке осадков происходит выделение веществ, которые могут загрязнять окружающую воздушную среду: летучие вещества, пыль, пары влаги, продукты горения топлива. Поэтому установки термической сушки осадков должны быть оборудованы системой сооружений, обеспечивающих очистку потока отходящих газов от пыли и токсичных соединений. Рациональная технология процесса сушки должна включать также утилизацию теплоты отходящего парогазового потока.

     Сжигание.  Если накопление и применение осадков, образованных при механической и биологической очистке сточных вод, недопустимо из-за повышенного содержания в них опасных загрязнений, то единственным способом позволяющим максимально сократить объем отходов, является сжигание. Образующиеся при этом вторичные отходы относятся к четвертому или даже пятому классу опасности и могут использоваться при засыпке различных объектов или как сырье для производства стройматериалов. В отличие от термической сушки осадков, образованных при механической и биологической очистке сточных вод, сжигание представляет собой процесс полного уничтожения органической части и обеззараживания осадков. Для сжигания осадков наибольшее распространение получили следующие топочные устройства: - многоподовые печи, - печи с кипящим слоем, - циклонные печи, - барабанные печи. Многоподовая печь – вертикальный стальной цилиндр, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Топочное пространство печи разделено по высоте на семь — девять горизонтальных подов. В центре печи имеется вертикальный вал, на котором укреплены горизонтальные фермы гребковых устройств. Каждый под имеет отверстия, расположенные у одного пода на периферии, а у другого — в центральной части. Осадок подается конвейером через загрузочный люк в верхнюю камеру печи, перемещается гребками к пересыпному отверстию, сбрасывается на лежащий ниже под и т.д. Вертикальный вал и фермы гребковых механизмов выполняются полыми и охлаждаются воздухом, подаваемым вентилятором. На верхних подах осадок сушится, на средних — органическая часть осадка сгорает при температуре 600-900°С, а на нижних — охлаждается зола перед сбросом в бункер. Из печи газы отводятся в мокрый пылеуловитель и дымососом выбрасывается в атмосферу. Многоподовые печи просты и надежны в эксплуатации. К их недостаткам относятся высокая строительная стоимость, большие габариты, частый выход из строя гребковых устройств. Печь с кипящим слоем представляет собой вертикальный стальной цилиндр, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи имеется топочная камера, конусная часть с воздухораспределительной решеткой, на которой насыпан песок. Кипящий слой песка создается при продувании воздуха через решетку со скоростью, при которой частицы взвешиваются в газовом потоке. Воздух подается воздуходувкой, нагревается в рекуператоре дымовыми газами и подается под решетку. Осадок подается в печь через загрузочный бункер и шнековый питатель. В кипящем слое происходит интенсивное перемешивание осадка с кварцевым песком, мгновенное испарение влаги и выделение летучих органических веществ. Весь процесс длится 1 - 2 мин. Мелкая зола и пыль выносятся из печи потоком отходящих газов, поступающих в рекуператор (воздухоподогреватель). Для охлаждения отходящих газов между входом в рекуператор подается холодный воздух. Из рекуператора под давлением нагретый воздух, проходя с определенной скоростью через решетку, обеспечивает поддержание псевдоожиженного слоя. Если при сгорании органической части осадка недостаточно собственной теплоты, то для поддержания процесса горения с помощью горелок сжигается дополнительное топливо. Дымовые газы, охлажденные в рекуператоре, проходят мокрую пылеочистку, освобождаются от золы и пыли и выбрасываются в атмосферу. Достоинствами печей кипящего слоя являются компактность установок, интенсивность процесса, возможность сжигания осадков различной влажности; недостатками — большая запыленность отходящих газов и необходимость устройства рекуператоров. Циклонные печи применяются относительно редко и служат для сжигания жидких или мелкодисперсных сухих материалов. Для сжигания осадков в циклонной печи необходима их предварительная термическая сушка, например, в сушилках со встречными струями, и тщательное измельчение. Обычно установка с циклонными печами состоит из сушильного аппарата, измельчителя осадка, циклонной печи, камеры дезодорации газов, мокрой пылеочистки дымососа, дымовой трубы. Барабанная печь представляет собой наклонный стальной цилиндр, футерованный огнеупорными материалами. В отличие от барабанной сушилки, барабан вращающейся печи наклонен в сторону топки. Обезвоженный осадок загружается с противоположного от топки конца барабана. По мере продвижения внутри барабана осадок сначала подсушивается, а затем сгорает. Горячая зола из топки поступает в воздушный охладитель и оттуда пневмотранспортом направляется в приемный бункер и вывозится. Отходящие газы отсасываются дымососом, проходят мокрый пылеуловитель и выбрасываются в атмосферу. Температура газов в зоне сушки 200°С, а в зоне сжигания 900-1000°С. Барабанные печи имеют небольшую запыленность отходящих газов и могут располагаться на открытом воздухе, кроме топочной части и камеры загрузки. Недостатками вращающихся барабанных печей являются громоздкость, большие капитальные затраты и относительная сложность эксплуатации.

     В настоящее время в РФ изготавливаются специализированные комплексы, в которых барабанные печи являются основным процессорным модулем. Примером являются Комплексы серии ТДУ Фактор (производство: НПО «Декантер», г. Домодедово). Благодаря особой конструкции и мобильности исполнения Комплексы серии ТДУ Фактор имеют ряд преимуществ над описанными вариантами. К ним относятся: - минимизация объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу за счет применения системы дожига и очистки отходящих газов; - возможность транспортировки оборудования к местам размещения отходов и размещения на базе действующих очистных сооружений, при этом использование комплекса не требует увеличения производственных площадей и обслуживающего персонала; - сокращение средств, выделяемых на размещение осадков очистных сооружений, освобождение земельных участков, занимаемых шламонакопителями; - возможность обезвредить и сократить объем отходов на 90%; - возможность быстрого и бесперебойного обезвреживания отходов вне зависимости от сезона года.


Список статей