Система центрифуг снижает потребность в рабочей силе, повышает качество осадка

На крупном предприятии по очистке сточных вод, обслуживающем пять крупных химических заводов Западной Вирджинии, качество осадка может ежедневно меняться. Это создает трудности для получения постоянного качества осадка. После десятилетий использования камерных фильтр-прессов очистные сооружения компании Solvay перешли на систему центрифуг Flottweg, которая сократила время производства с режима 24/7 до всего одной 12-часовой смены в день. Применение системы помогло улучшить качество осадка, сократить затраты, снизить объем утилизации отходов и обеспечить компанию эффективным, автоматизированным, простым в использовании оборудованием, а также получить чистую экономию около 214 000 долларов США в год.

Трудноразрешимая задача

Сточные воды, образующиеся на химических заводах, содержат очень мало волокон, поэтому обезвоживание осадка — непростая задача.

«У нас много разных партий сырья, которые меняются каждый день и каждый месяц», — говорит Брайан Смит, руководитель отдела технического обслуживания и очистки сточных вод. «Это затрудняет поддержание здоровой биомассы. Биомасса постоянно меняется. Существует множество различных групп продуктов питания. Различные виды пищи сильно отличаются, что затрудняет процесс создания однородного осадка. Запуская центрифугу по утрам, мы просто не знаем, какое сырье к нам поступит. Каждый день мы работаем с чем-то новым».

Это распространенная проблема очистных станций, получающих партии сырья из нескольких источников и с весьма низкой степенью однородности. Отходы промышленных предприятий попадают на очистную станцию в течение часа с момента выгрузки, и г-н Смит говорит, что на его объекте нет крупных нейтрализующих прудов.

Для получения однородного осадка необходимы однородные отходы. «Если бы все производители отправляли нам однородные отходы, бактерии бы акклиматизировались», — утверждает г-н Смит. «Можно вырастить полезные соответствующие бактерии. Однако при постоянно меняющемся уровне pH и разнообразных химикатах некоторые бактерии отмирают, а другие размножаются. Такой тип осадка очень трудно обезвоживать».

Ранее компания Solvay использовала два камерных фильтр-пресса, но они не всегда справлялись с объемами. Г-ну Смиту пришлось арендовать дополнительный камерный фильтр-пресс на шесть месяцев в году, и все они работали круглосуточно и без выходных. Дополнительный фильтр-пресс также требовал дополнительного оператора.

«Это оказывало огромную нагрузку на наших сотрудников», — подчеркивает г-н Смит. «Некоторые наши операторы занимались исключительно обслуживанием фильтр-прессов. В связи со сложными характеристиками осадка на каждую тонну производимого материала нам приходилось добавлять одну тонну золы. Это увеличивало объемы отходов для утилизации. Материал был чрезвычайно сухой. Нам удавалось приближаться к 50 % содержанию твердой фазы, но с учетом огромного количества добавляемой золы именно на нее приходилась большая часть твердой фазы».

Камерные фильтр-прессы устанавливались в конце 1980-х годов. В то время компания использовала опасную мусоросжигательную установку. В 1990-е годы предприятие закрыло мусоросжигательную установку и внесло много изменений в производственный процесс. 

«Нам не удавалось обезвоживать осадок достаточно быстро, поэтому мы просто перестали обрабатывать отходы. Это привело бы к скоплению осадка на станции очистки сточных вод и создало проблемы», — заявил г-н Смит. «Примерно каждые шесть месяцев мы вынуждены были арендовать фильтр-пресс, который помогал нам уменьшить объемы осадка. Такой подход подразумевает дополнительный рабочий цикл на станции очистки сточных вод. Таким образом, помимо того, что поступавшие отходы были неоднородными, мы еще и перерабатывали биомассу на станции очистки сточных вод. У нас не было никакой стабильности».

Повышение уровня твердой фазы на станции очистки сточных вод также увеличивает затраты. Г-н Смит заявил, что его предприятие добавляло полимер для осаждения осадка во вторичном сепараторе. Во избежание попадания твердой фазы в реку использовались большие объемы полимера для сгущения осадка, что привело к росту затрат.

Решение

Г-н Смит и его команда начали изучать различные технологии, включая вращающиеся сетчатые фильтры, но результат работы этих машин оказался неприемлемым. Компания арендовала систему центрифуг, но производитель не смог обеспечить эффективное обслуживание, когда оборудование вышло из строя. Г-ну Смиту пришлось начать все с нуля.

Зимой 2017 года г-н Смит начал сотрудничать с Flottweg Separation Technology в рамках пилотной программы по договору аренды оборудования центрифуги с соглашением об обслуживании.

«Тестовая установка изначально была оснащена шнеком с цельным корпусом, который затем был заменен на шнек с открытой конструкцией», — говорит г-н Смит. «Произошло заметное улучшение. Тестовая установка обеспечила нам содержание твердых частиц в пределах 19-20 %. Установка проста в эксплуатации. Нажимаешь кнопку «Пуск» и сразу же запускаешь производство. Мы начали использовать установку со шнеком с открытой конструкцией с апреля по август, и это вызвало существенные изменения. Продукт был хлопьевидным, поэтому получить чистый фугат стало гораздо легче. В составе было не менее 21 % твердых частиц. Эти 1-2 % существенно меняют внешний вид и физические свойства осадка. Мы удаляем избыточную воду, и осадок совершенно не выглядел влажным».

С самого начала Flottweg сотрудничала с компанией Solvay в формате долгосрочной аренды, и как только стало возможно, был установлен шнек новой конструкции.

«Теперь вопрос практически решен», — отмечает г-н Смит. «После установки системы мы не испытывали с ней никаких проблем. Установка заняла менее 8 часов. Шнек просто установили в тот же корпус подшипника. Содержание твердых частиц повысилось на 1-1,5 %. У операторов тоже не возникает никаких проблем. Так как наш осадок может быть очень разным, мы просто задаем исходный объем добавляемого полимера, а затем включаем максимально интенсивную подачу осадка, пока фугат не начнет загрязняться. Затем мы ослабляем подачу».

Г-н Смит рассказывает, что в течение дня запускает систему со скоростью около 230 литров в минуту (л/мин), а по мере того, как загуститель оттягивает осадок вниз, параллельно разбавляя его в процессе, скорость увеличивается еще на 45 л/мин. 

«Например, мы установили подачу осадка на 160 литров в минуту. Осадок подается в загуститель целый день, а сам загуститель обезвоживает осадок», — объясняет г-н Смит. «Поэтому когда ребята приходят утром, их может ожидать около 3 метров продукта в загустителе. Они запускают центрифугу, которая работает в течение 8-12 часов. На ночь установка отключается. На следующее утро будет еще 2, 2,5 или 3 метра. Внесение изменений не является необычным, так как вы подаете продукт на загуститель партиями. При начале работы утром содержание может составлять 3 % твердых частиц. Непосредственно перед окончанием работы содержание твердой фазы может равняться 1-1,5 %».

Декантерная центрифуга Flottweg устанавливается в контейнере

Как это работает

В зависимости от размера станции очистки сточных вод могут использоваться различные технологические процессы. Хотя в компании Solvay декантерные центрифуги применяются только для обезвоживания, с их помощью возможно также осуществлять и загущение осадка.

На всех станциях очистки сточных вод есть определенный процесс загущения. Это означает концентрирование избытка суспензии, полученной на биологических стадиях, от 5 до 10 г/л общих сухих твердых частиц до 5-8 % перед закачкой в метантенк. В этом процессе объем суспензии снижается на 90-95 %. В настоящее время в компании Solvay используются сепараторы в режиме осветлителя, но для выполнения этого этапа можно также применять декантерную центрифугу, после чего следует процесс обезвоживания.

Вне зависимости от того, транспортируется твердая фаза после обезвоживания, повторно используется в качестве удобрений, утилизируется на свалке или сжигается, наиболее важным фактором является максимальная степень сухости. Другие ключевые факторы — это экономическая эффективность с точки зрения потребления полимеров, энергии, воды, а также постоянное автоматическое функционирование при минимальных затратах.

Декантерную центрифугу можно рассматривать как пруд-отстойник с вращающимся шнеком. Под действием силы тяжести твердые частицы, более тяжелые, чем жидкость, оседают на дно пруда-отстойника, образуя осадочный слой. Во вращающемся барабане центрифуги под воздействием центробежной силы твердые частицы, более тяжелые, чем жидкость, перемещаются к стенке барабана и образуют слой осадка на его внутренней поверхности. Поскольку центробежная сила в центрифуге составляет приблизительно 3000 х g вместо 1 х g в пруде-отстойнике, разделение смесей, состоящих из твердых и жидких веществ, в центрифуге происходит намного быстрее и эффективнее.

Барабан декантера имеет форму цилиндра, переходящего в конус. Он вращается со скоростью, соответствующей конкретной задаче по разделению. Внутри барабана расположен шнек для непрерывной выгрузки осадка, скапливающегося на внутренней поверхности барабана. Шнек вращается со скоростью, определяемой скоростью барабана. Этот дифференциал числа оборотов создается планетарным редуктором на приводном конце барабана. Продукт, подлежащий разделению, поступает в барабан через центральную стационарную трубу. Из центральной подающей трубы далее он транспортируется в зону разделения в корпусе шнека. В зоне разделения суспензия сепарируется на два слоя: твердую и жидкую фазы. Шнек продвигает осажденную твердую фазу в направлении конической части машины, а затем она выгружается через разгрузочные отверстия в конической части барабана. Очищенная жидкость (жидкая фаза) течет к цилиндрической части, откуда выходит под действием силы тяжести через переливные окна.

Эти важные конструктивные особенности учитывались с начала 1970-х годов. В настоящее время результатом такого непрерывного развития является полный ассортимент декантеров для обезвоживания осадка HTS Flottweg, который включает оборудование для работы с производительностью от 0,2 до 3 куб.м/мин.

Система центрифуг позволила станции очистки сточных вод Solvay сократить затраты на утилизацию отходов

Результаты

Система центрифуг позволила станции очистки сточных вод Solvay снизить количество ресурсов (человеко-часов), связанных с оборудованием для обезвоживания, сократить время работы, значительно уменьшить объем утилизации материала, повысить единообразие осадка и снизить энергопотребление.

«Сейчас наше оборудование арендуется, но мы надеемся в будущем приобрести его», — отмечает г-н Смит. «Я дразню ребят, говоря, что это только аренда, но они ни за что не расстанутся с оборудованием. Они не спускают с него глаз. После использования центрифуги Flottweg они ни за что не вернутся к старой технологии. Эта технология доказывает свою эффективность на протяжении не менее 15 лет, и мы очень довольны, что о ней узнали».

Система позволила компании Solvay сократить время работы в режиме 24/7, с потребностью в занятых весь день отдельных операторах, до всего одной 12-часовой смены в день. По словам г-на Смита, камерные фильтр-прессы требовали большого объема физической работы, а именно соскабливания и перемещения пластин. Такие работы сопряжены с травмами плеч и нагрузкой на верхнюю часть тела. Система центрифуг снизила потребность в дополнительных трудозатратах, уменьшив при этом риск травмирования операторов.

«Нам было приятно избавиться от сверхурочной работы», — признается он. «Мы перенаправили высвободившиеся ресурсы (человеко-часы) на другие части очистных сооружений, улучшив наши производственные процессы и качество сточных вод. Как только мы запустили оборудование и начали эксплуатацию, все пошло как по маслу. Компания Solvay в Уиллоу-Айленд — это место развития. Мы хотим расширяться. Раньше мы были обеспокоены тем, что очистные сооружения не справятся с дополнительной нагрузкой. Теперь это не проблема. Наличие центрифуги и то, что теперь мы контролируем станцию очистки сточных вод, подтверждают, что этот объект готов к развитию».

Больше не требуется добавлять золу в центрифугу, что позволяет экономить на золе, транспортировке и утилизации. В общей сложности эффективность инвестиций стала видна буквально через несколько месяцев. После первого года эксплуатации система подтвердила свою ценность, сэкономив компании Solvay более 214 000 долларов США в год. Эта сумма включает затраты на золу, транспортировку золы, транспортировку отходов для захоронения, утилизацию, полимер, аренду, трудозатраты на аренду, разгрузочные бункеры, разгрузочный транспорт, пластиковые мешки, техническое обслуживание и расходы на электричество.

«Основное преимущество заключается в наличии контроля над станцией очистки сточных вод», — говорит г-н Смит. «Мы не допускаем чрезмерного повышения содержания твердых частиц. Мы поддерживаем ее на требуемом уровне. Мои затраты на полимеры для станции очистки сточных вод значительно снизились. Оператору нужно только запустить центрифугу утром и передвигать контейнер для отходов всего несколькими простыми движениями».

Об авторе

Даниэль Лакович

Даниэль Лакович — менеджер по развитию бизнеса в компании Flottweg Separation Technologies.