Очистные установки как комплексная система

Надежность процесса сгущения шлама

В зависимости от размера очистных установок используются различные процессы очистки сточных вод. Небольшие установки, рассчитанные на не более чем 30 000 жителей, часто строятся в виде аэрационных установок с аэробной стабилизацией осадка. Более крупные установки (> 30 000 жителей), напротив, обычно используют анаэробную стабилизацию осадка. В ходе этого процесса активный ил, образовавшийся в процессе биологической очистки, выводится из вторичного отстойника и возвращается в аэротенк. Однако часть этого потока необходимо извлечь как избыточный шлам и подавать вместе с первичным шламом, поступающим с этапа предварительного осветления, в метантенк для анаэробной стабилизации осадка.

Большой объем этого избыточного шлама представляет собой серьезную проблему. Шлам выводится из вторичного отстойника с очень высокой степенью разбавления — всего около 5–10 г/л, поэтому для достижения оптимальной концентрации в метантенке его необходимо сгустить примерно до 50–85 г/л. Объем уменьшается примерно на 80–90 %. Существуют различные методы достижения этого показателя, включая статическое сгущение или процеживание, но каждый из них имеет свои недостатки. Один из превосходных методов, обладающий целым рядом преимуществ — сгущение с помощью декантеров.

Несмотря на техническую сложность эксплуатации метантенка, он имеет решающее значение для общего процесса и снижения производственных издержек очистных установок. Это связано с тем, что оптимальный процесс сбраживания увеличивает выход газа и тем самым снижает затраты на электроэнергию. В то же время достаточно сброженный ил хорошо поддается обезвоживанию, что также снижает затраты на утилизацию. Оптимизированная загрузка метантенка оказывает очень положительное влияние на управление процессом в целом. Загрузка должна быть максимально равномерной и постоянной. Один из способов достичь этого – использование декантера Flottweg OSE с контролем сгущенного осадка.

Процесс сгущения и факторы, влияющие на него

Рассматривая весь процесс в целом, следует учитывать некоторые важные моменты и факторы влияния:

• Условия подачи на очистную установку влияют на концентрацию и объем избыточного шлама. Ключевую роль в этом может сыграть сильный дождь.
• Забор шлама из вторичного отстойника должен осуществляться в оптимальном для процесса режиме, т.е. вскоре после его образования.
• Для метантенка предпочтительно использовать твердое сырье с постоянной скоростью и концентрацией.
• Для сохранения минимальной обратной загрузки эффективность разделения в процессе сгущения должна быть как можно выше: не менее 95 %. Еще лучше — 98 % или выше.
• Поскольку полимерные флокулянты могут мешать процессу сбраживания, их должно быть как можно меньше. 
• Чем больше полимера содержится в шламе, тем выше его вязкость и тем хуже перемешивание в метантенке. В результате снижается выход газа.

 

Задача:

Система сгущения работает в основном автономно, без особого участия обслуживающего персонала. При этом необходимо гарантировать стабильность и надежность процесса.  В то же время необходимо сдерживать инвестиционные и производственные издержки в разумных пределах. Систему сгущения можно легко адаптировать к изменениям в общем процессе или особым рабочим ситуациям.

Сгущение избыточного шлама с помощью декантера изменяет структуру (вязкость) шлама. Сгущенный осадок (СО) имеет кремообразную структуру, что позволяет легко перекачивать его даже при высоких концентрациях СО. Эти свойства осадка также оказывают положительное влияние на работу метантенка благодаря низкому уровню пенообразования и более легкому выходу пузырьков газа. И наоборот, сгущенный осадок, полученный с помощью ленточного сгустителя, имеет сильно выраженную хлопьевидную структуру. Такой осадок в большей степени подвержен вспениванию в метантенке.

 

Декантер сгущает частицы твердого вещества, отделяя их от жидкости искусственной силой тяжести, создаваемой в декантере, которая в несколько раз мощнее силы тяжести Земли. Полимерные флокулянты (ПФ) добавляются в очень небольших количествах только для выравнивания жидкой фазы.

 

Учитывая эти факторы, для решения задач этой технологической операции был разработан декантер OSE компании Flottweg, который постоянно совершенствовался на протяжении многих лет. Кроме того, обширная технология управления и регулирования позволяет ему работать автономно, даже без контроля со стороны обслуживающего персонала. Комплексная защита декантера от износа обеспечивает более 100 000 часов работы, а сама машина рассчитана на круглосуточную эксплуатацию. Удельное энергопотребление составляет прибл. 0,10 – 0,3 кВт·ч/м³, в зависимости от свойств шлама. Геометрия барабана и шнека обеспечивает уникальные результаты разделения.

Декантер OSE представляет собой закрытую систему, предотвращающую попадание биологически загрязненных аэрозолей в окружающую среду. Шумопоглощающая конструкция и низкое число оборотов ротора обеспечивают низкий уровень шума.

Добавление и контроль полимера

Необходимое количество ПФ зависит от загрузки твердых частиц; иными словами, ПФ необходимо регулировать в зависимости от загрузки для обеспечения оптимального дозирования. Для этого в подаваемый жидкий осадок устанавливается зонд для измерения концентрации твердых частиц. Нагрузка рассчитывается на основе гидравлической подачи и концентрации, и соответственно регулируется дозирование ПФ. Обычная доза ПФ составляет около 0,5–2 кг ПФ/т СО. Точное значение задается оператором на панели управления, а затем система управления регулирует его автоматически.

При использовании декантера полная флокуляция не требуется, так как ПФ используется только для обработки концентрата с целью улучшения степени разделения, а не для самого разделения. Как правило, достаточно и, более того, рекомендуется использовать недорогой порошковый продукт. Один из ключевых моментов: помимо обычных синтетических полимеров, вы можете использовать биоразлагаемые полимеры на основе хитина или крахмала. При хороших характеристиках осадка в некоторых случаях использование декантера OSE позволяет полностью отказаться от ПФ.

Контроль сгущенного осадка

Изменение условий подачи также влияет на выгрузку сгущенного осадка. При этом важно, чтобы в метантенк поступало постоянное количество твердых частиц, а также постоянный объем гидравлической жидкости. Для обеспечения этих двух параметров декантер OSE оснащен дополнительной системой управления, регулирующей количество сгущенного осадка. Эта система измеряет концентрацию сгущенного осадка с помощью зонда. С помощью алгоритма в программе ПЛК блок Simp Drive^® поддерживает постоянную концентрацию сгущенного осадка. Оператору достаточно выбрать на панели управления нужное значение, например, 6 % СО, а все остальное сделает контроллер.

Всегда контролируйте эффективность процесса разделения

Чем выше эффективность разделения и чем чище концентрат, тем ниже нагрузка на очистную установку. Декантер OSE позволяет достичь постоянной эффективности разделения > 95 %, а зачастую и > 98 %. Датчик контролирует качество концентрата, чтобы операторы всегда могли отслеживать эффективность процесса разделения. Это позволяет немедленно реагировать на отклонения, например, путем регулировки количества полимера.

Требуемая площадь и эксплуатация декантера OSE

Эта система сгущения очень компактна. Удельная пропускная способность в закрытом пространстве зачастую намного выше, чем в других системах, особенно крупных. Это позволяет устанавливать ее в существующих зданиях, экономя на затратах на строительство. Также можно легко установить контейнерные системы.

 

Помимо количества жидкого осадка, сгущенного осадка и концентрата, система контролирует такие важные параметры оборудования, как число оборотов, вибрации, температура хранения, энергопотребление и давление в трубопроводе. Это позволяет оператору постоянно отслеживать все необходимые параметры. Система сгущения может управляться и контролироваться с панели оператора или со станции управления процессом. Не считая периодических проверок, вмешательство на месте не требуется.

Простота обслуживания и настройки

Декантер OSE компании Flottweg отличается простотой технического обслуживания. Все важные узлы и компоненты легко доступны. Расходы на техническое обслуживание сведены к минимуму благодаря обширной и высококачественной защите от износа в сочетании с коррозионностойкой нержавеющей сталью (V4A и Duplex). Подшипники надежны и долговечны. Все быстроизнашивающиеся детали можно заменить на месте, что исключает длительные простои в течение всего срока службы декантера.

Отсутствует необходимость и в специальных инструментах.

Кроме того, специалисты сервисной службы Flottweg могут получить доступ к системе управления — после согласования с обслуживающим персоналом — и таким образом дистанционно помочь в эксплуатации или техническом обслуживании.

 

Наряду с простотой технического обслуживания, система отлично справляется с изменяющимися требованиями и адаптируется к ним. Если, например, на очистной установке появляются нитевидные бактерии (микротрикс), которые снижают индекс осадка, то даже этот объемистый шлам можно хорошо обрабатывать, несмотря на SVI до 300 мл/г. В крайнем случае, вы можете столкнуться с повышенной потребностью в полимере и/или несколько меньшей производительностью. Система также хорошо подходит для сгущения первичного или смешанного шлама, требующего только оптимизации настроек машины. А если в будущем будут внедрены дополнительные процессы, например, термический гидролиз, декантеры OSE можно будет легко адаптировать.

 

Постоянная загрузка метантенка позволяет экономить на отоплении и улучшает процесс сбраживания, тем самым увеличивая выход газа и, в конечном счете, улучшая энергетический баланс очистной установки. Круглосуточный режим работы снижает инвестиционные затраты и одновременно улучшает управление процессом вторичного осветления.

Пример использования декантера

Опыт клиентов показывает, что использование декантера для сгущения улучшает как степень сбраживания, так и результат обезвоживания. Более того, полностью автоматическая интеграция сгущающего декантера в управление процессом позволила значительно улучшить биологические условия: В результате снижается потребление кислорода, уменьшается обратная нагрузка за счет чистого концентрата и обеспечивается стабильно низкий индекс осадка (90–110). Использование декантера также улучшает показатели слива NH₄-N. И наконец, положительное влияние на процесс обезвоживания: энергопотребление декантера сократилось примерно на 14 %: с 2,47 до 2,12 кВт•ч/м³.

Этот пример и соответствующие параметры наглядно показывают, как декантер OSE может положительно повлиять на процесс сгущения шлама.

Составитель: Клаус Пайзл (Klaus Peisl), руководитель отдела оборудования для водоснабжения и водоотведения, и Александра Шлиерф (Alexandra Schlierf), инженер по продажам отдела оборудования для водоснабжения и водоотведения.