Почему уплотнение осадка перед обезвоживанием окупается
Линия осадка несёт две вещи сразу: твёрдые частицы, которые станция должна разместить, и воду, в которой они взвешены. Продукт очистки — только твёрдые частицы. Всё остальное — балласт, и за него платят несколько раз: размером установки обезвоживания, дозой полимера, объёмом, который везёт автоцистерна, и платой за приём на объекте, принимающем кек.
Арифметика настолько проста, что её можно сделать на обороте конверта. Тонна осадка при 1 % сухого вещества содержит около 10 кг твёрдых частиц и около 990 кг воды. Сгустите те же 10 кг до 5 % — и перемещать придётся около 200 кг. Ничего не разрушено и ничего не очищено: поток просто стал в пять раз концентрированнее, а его масса — примерно в пять раз меньше. Уплотнение осадка — та ступень, которая это делает, и самое дешёвое место на линии осадка для этого, потому что вода уходит осаждением или флотацией, а не под давлением.
Приведённые концентрации — обычные для городского осадка, и даны они, чтобы показать масштаб эффекта; читайте их как отправный метод, а не как спецификацию, потому что то, что реально получается на станции, измеряют на своём осадке. Оборудование обезвоживания покупают и ведут по нагрузке по твёрдым частицам — килограммы сухого вещества в час, — а подают на него объём, и этот объём задаёт размер машины, потребность в полимере и нагрузку по фильтрату.
Место уплотнения осадка сточных вод на станции
Уплотнение — это ступень, а не процесс. Оно стоит между отстойниками, которые дают осадок, и установкой обезвоживания, которая превращает его в кек, и обычно рядом с ним есть резервуар-накопитель, чтобы установка обезвоживания работала по своему графику, а не в темпе выхода осадка из отстойников.
Осадков приходит два, и ведут они себя совершенно по-разному. Первичный осадок, отбираемый со дна первичного отстойника, богат минеральными веществами и зернист, он легко осаждается и уплотняется. Избыточный активный ил, отбираемый как лишняя биомасса из вторичного отстойника, лёгкий, обводнённый и студенистый: он держит воду внутри хлопьев и между ними и плохо уплотняется под собственным весом. Поэтому уплотнение осадка сточных вод приходится выбирать отдельно для каждого потока: резервуар, который хорошо работает на первичном осадке, на биологическом осадке часто даёт слабый нижний сброс и грязный перелив. Два потока можно уплотнять раздельно — обычное решение для крупной станции — или вместе, если преобладают первичные твёрдые частицы.
Одно следствие легко упустить в проекте и дорого обнаружить потом. Вода, которую ступень отводит, возвращается на станцию в виде надосадочной жидкости или фильтрата, и это не чистая вода: она несёт мелкие твёрдые частицы, ускользнувшие от задержания, аммиак, выделившийся из осадка, и фосфор. Этот боковой поток снова входит в голову сооружений и входит в нагрузку, которую видит биологическая ступень. На станции с большой линией осадка он может составлять заметную долю нагрузки по азоту, и проекту, который считает только исходный сток, не хватит производительности.
Гравитационное уплотнение осадка
Гравитационный уплотнитель осадка — это резервуар с медленно движущимся скребковым механизмом. Осадок подают ближе к центру, твёрдые частицы осаждаются, набор вертикальных мешалок-гребёнок перемешивает слой и выпускает запертую воду вверх, уплотнённый осадок отбирают из нижнего конуса, а отведённая вода переливается через водослив по краю. Ни реагента, ни сколько-нибудь заметной мощности: механизм вращается со скоростью, измеряемой в метрах в час по краю.
Его достоинства — текущие затраты и простота, а предел — тот осадок, который ему достаётся. На первичном осадке он даёт хорошо уплотнённый нижний сброс при большом расходе — поэтому он и остаётся первым выбором там, где первичный осадок есть. На избыточном активном иле хлопья не садятся в компактный слой, поэтому при той же нагрузке по твёрдым частицам аппарату нужна куда большая площадь, нижний сброс получается слабее, а перелив уносит больше твёрдых частиц обратно в голову станции. Нитевидное вспухание усугубляет картину: нити, из-за которых осадок не садится в отстойнике, не дают ему уплотняться и здесь.
Расчёт опирается на две величины, а не на таблицу: нагрузку по твёрдым частицам на единицу площади и гидравлическую нагрузку перелива. Обе берут из тестов отстаивания на реальном осадке — проба отстаивается без перемешивания и сравнивается с перемешиваемой, которая учитывает работу механизма. Кроме того, гравитационный уплотнитель — это большой открытый резервуар концентрированных твёрдых частиц, поэтому запах и загнивание — вопросы проекта, и в населённой местности может понадобиться перекрытие.
Уплотнение осадка напорной флотацией
Уплотнение осадка напорной флотацией работает по принципу, обратному осаждению. Часть осветлённой воды возвращают, сжимают и насыщают воздухом, а затем выпускают в контактную зону резервуара. Из-за перепада давления растворённый воздух выходит облаком микропузырьков, они прилипают к хлопьям и поднимают их на поверхность, где всплывший слой удерживается и снимается. Твёрдые частицы поднимаются, а не падают, поэтому аппарат вовсе не зависит от того, садится ли осадок.
Поэтому флотация — обычное решение для избыточного активного ила и для смешанного осадка, где преобладают биологические твёрдые частицы. Она даёт более плотный флот, чем гравитационный уплотнитель на том же материале, полнее задерживает твёрдые частицы во флоте, а не в возвращаемой жидкости, и может быть выполнена в неглубоком резервуаре, поэтому занимает меньшую площадь, чем потребовала бы зона отстаивания для той же задачи.
Плата за это — оборудование и реагент. Флотационный уплотнитель несёт на себе сатуратор, насос рециркуляции, воздушный компрессор и механизм съёма флота, и ему требуется кондиционирование полимером — обычно катионного типа, — чтобы связать хлопья в то, что пузырьки смогут поднять. Дозу задают пробной флотацией или пробным коагулированием на имеющемся осадке, а не таблицей. Соотношение воздух/твёрдые частицы, коэффициент рециркуляции и поверхностная нагрузка — это переменные проекта, и их значения для конкретного осадка берут из этих проб.
Барабанный уплотнитель осадка и гравитационное ленточное уплотнение
Барабанный уплотнитель осадка делает механически то, что уплотнительный резервуар делает площадью. Осадок кондиционируют полимером и подают в медленно вращающийся барабан, обтянутый мелкой сеткой. Вода уходит через сетку, а шнек внутри перемещает уплотнённый осадок вдоль барабана и наружу; сетку промывают на каждом обороте, чтобы она не засорялась. Гравитационное ленточное уплотнение — та же задача на движущейся ленте вместо барабана.
Оба компактны, закрыты и малозатратны по энергии, выходят на рабочий режим за минуты, а не часы, и переносят пуски и остановы без потери содержимого — поэтому они подходят блочной станции или задаче, работающей по сменам. Оба расходуют полимер, так что ступень кондиционирования важна не меньше самой машины.
Есть и маршрут, который убирает отдельную ступень. Там, где линия осадка заканчивается шнековым прессом, уплотняющим и обезвоживающим в одной непрерывной машине, зона уплотнения этой машины выполняет работу отдельного уплотнителя, и станция ниже определённого размера обычно получается проще без отдельной ступени.
Какой маршрут уплотнения подходит станции
- Первичный осадок, есть площадь, приоритет — текущие затраты: гравитационный уплотнитель осадка, без реагента и без энергозатрат сверх привода скребка.
- Избыточный активный ил или смешанный осадок с преобладанием биологических твёрдых частиц: уплотнение осадка напорной флотацией, потому что флотация не требует от осадка садиться.
- Ограниченная площадь или станция внутри здания: барабанное или гравитационное ленточное уплотнение — оба компактны и закрыты.
- Осадок накапливается между сменами или установка обезвоживания работает по графику: резервуар-накопитель, рассчитанный на суточный выход твёрдых частиц, а не на мгновенный расход осадка.
- Небольшая станция, уже покупающая шнековый пресс, который уплотняет и обезвоживает: отдельная ступень не нужна, если машину питают при той консистенции, на которую её считали.
- Объект, где запах — реальное ограничение: закрытое механическое уплотнение, а не открытый гравитационный резервуар.
Типичные ошибки
- Считать уплотнение необязательной добавкой. Каждая тонна воды, удалённая до установки обезвоживания, — это тонна, которую не нужно прессовать, дозировать, перекачивать и вывозить.
- Полагать, что гравитационное уплотнение справится с избыточным активным илом. Это самое частое неверное допущение на линии осадка, и проявляется оно слабым нижним сбросом и нагрузкой по твёрдым частицам, возвращающейся в голову сооружений.
- Проектировать ступень уплотнения и установку обезвоживания по отдельности. Кек, который даёт пресс, и полимер, который ему нужен, зависят от консистенции того, что на него подают.
- Задавать дозу полимера по таблице. Доза следует за осадком, а осадок меняется с сезоном, нагрузкой и состоянием биомассы.
- Разрушать хлопья между двумя ступенями. Сформированные хлопья легко ломает слишком быстро работающий насос, а разрушенные хлопья снова поднимают твёрдые частицы в воде, из которой ступень должна была их убрать.
Самопроверка перед заданием ступени уплотнения
- Определён и проверен ли осадок как первичный, биологический или смешанный, а не принят по типу станции?
- Известен ли суточный выход твёрдых частиц, чтобы задать нагрузку в килограммах сухого вещества в сутки?
- Указаны ли и концентрация твёрдых частиц в подаче, и целевая концентрация после уплотнения?
- Учтена ли возвращаемая жидкость со ступени в нагрузке, которую должен очищать биологический процесс?
- Доходит ли уплотнённый осадок до установки обезвоживания, не будучи разрушен или разбавлен по пути?
От задачи уплотнения к машине
Выбор выше сужает маршрут; машину всё равно приходится считать на осадке, который измерили. Страницы оборудования для обезвоживания осадка описывают, что каждая машина делает с уплотнённой подачей, а руководство по подбору оборудования для обезвоживания осадка берёт тип осадка, объём и целевой кек и последовательно разбирает варианты. Там, где задачу решают флотацией, страницы флотации с растворённым воздухом описывают механизм и компоновки резервуаров. Модель, площадь поверхности и расход полимера, подходящие вашему осадку, подтверждают с заводом по типу осадка и целевой концентрации, а не берут из таблицы.