3 .Центробежное уплотнение осадков

Для центробежного уплотнения осадков используют центрифуги, гидроциклоны и сепараторы. Под центрифугированием понимают процесс разделения неоднородных систем (эмульсий и суспензий) в, поле центробежных сил. Под действием центробежных сил суспензия: разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается в роторе, а жидкая фаза удаляется из него.

В отстойных центрифугах со сплошными стенками происходит разделение суспензий (и эмульсий) по принципу отстаивания, причем; действие силы тяжести заменяется действием центробежной силы.

В фильтрующих центрифугах с проницаемыми стенками осуществляют процесс разделения суспензий по принципу фильтрования, причем вместо разности давлений используется действие центробежной силы.

При центрифугировании повышается скорость разделения неоднородных систем в поле центробежных сил по сравнению со скоростью разделения этих систем под действием силы тяжести.

Показатели работы центрифуги зависят от геометрических размеров ротора, скорости его вращения, диаметра сливного цилиндра, положения питающей трубы, влажности разделяемого осадка, плотности и дисперсионного состава его твердой фазы, форм связи влаги с твердыми частицами.

Следует указать, что для повышения эффективности задержания сухого вещества при центрифугировании осадков их обрабатывают различными химическими реагентами: известью, фосфоросодержащими веществами (например, суперфосфатом), синтетическими органическими полиэлектролитами (флокулянтами и др.). Такие способы сгущения осадков получили обобщенное название реагентного центрифугирования осадков.

Рассмотрим в качестве примера метод «Карбофлок», разработанный немецкой фирмой «Лурги». Метод заключается в центрифугировании осадка, предварительно обработанного известковой суспензией и углекислым газом. Обрабатываемый осадок смешивается с известковой суспензией и подается в уплотнитель.

Уплотненный осадок нейтрализуется СО2 в сатураторе до образования карбоната кальция, после чего перекачивается во вторичный уплотнитель, где отстаивается. Осадок из вторичного уплотнителя с концентрацией сухого вещества 8 – 12 % обрабатывается на шнековой центрифуге. Обезвоженный на центрифуге осадок влажностью 55 – 65 % после термообработки используют в качестве удобрения, а фугат возвращают в первичный уплотнитель осадка. Следует указать, что отстоенная в первичном и вторичном уплотнителях жидкость возвращается на головные очистные сооружения.

29. Анаэробное сбраживание осадков. Технология и оборудование.

Анаэробное сбраживание – это процесс разложения органических веществ до конечных продуктов, в основном метана и углекислого газа, в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов в анаэробных условиях. При проведении этого процесса в оптимальных условиях указанные газы образуются в количестве 90 – 95 % от биологически распавшегося органического вещества. Остальные 5 – 10 % расходуется на воспроизводство бактериальных клеток. Рассматриваемый процесс применяют для обработки сырых осадков из первичных отстойников, избыточного активного ила или для их смеси.

Анаэробное сбраживание осадков – очень сложный биохимический процесс, зависящий от многих физических (температура, концентрация сухого вещества, степень перемешивания, нагрузки по беззольному веществу, длительность сбраживания) и химических (рН, щелочность, концентрация летучих кислот, элементов питания и токсичных веществ) факторов.

Смесь метана и диоксида углерода называется биогазом. Теплота его сгорания составляет 18 – 24 МДж/м3, а чистого метана – 37,3 МДж/м3

Еще недавно принимались предложения Баркером теория двухстадийного процесса разложения органического вещества, но в результате проведенных дальнейших исследований эта схема была отвергнута.

Согласно современным представлениям, анаэробное метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанные стадии:

1) стадия ферментативного гидролиза нерастворимых сложных органических веществ с образованием более простых растворимых веществ;

2) стадия кислотообразования с выделением короткоцепочных летучих жирных кислот (ЛЖК), аминокислот, спиртов, а также водорода и углекислого газа (кислотогенная стадия);

3) ацетогенная стадия превращения ЛЖК, аминокислот и спиртов в уксусную кислоту, диссоциирующую на анион ацетата и катион водорода;

4) метаногенная стадия – образование метана из уксусной кислоты, а также в результате реакции восстановления водородом углекислого газа.

Иногда первые две стадии объединяются в одну, и процесс рассматривается как трехстадийный.

Процесс гидролиза осуществляется с участием биологических катализаторов (экзоферментов), которые выделяются в среду бактериями. В результате этого процесса твердые нерастворимые соединения переходят в растворенное состояние. Скорость гидролиза зависит от природы органических веществ и условий его проведения. Часто общая скорость процесса лимитируется скоростью гидролиза.

Технологические схемы анаэробного сбраживания осадков

Различают две принципиальные технологические схемы анаэробного сбраживания – одноступенчатое и двухступенчатое (многоступенчатое).

П родолжительность процесса сбраживания в одноступенчатых метантенках достигает 30 – 50 сут, а нагрузка по беззольному веществу составляет 0,7 – 1,3 кг/м3. Эти устройства эксплуатируются практически без перемешивания и с небольшим подогревом. Для них характерен довольно глубокий распад органического вещества, загружаемого осадка (до 50 %), хорошее расслоение осадка и его уплотнение в нижней части резервуара. Кроме того, в одноступенчатых метантенках появляется возможность отделения иловой воды и уменьшаются объемы сброженных осадков.

Обычные одноступенчатые метатенки представляют собой низко-нагруженные системы, поэтому их изготовляют в виде емкостей большого объема, что приводит к высоким строительным затратам.

Для устранения этого недостатка используют высоконагруженные метатенки, в которых интенсификация процесса сбраживания достигается за счет хорошего подогрева осадка, создания систем непрерывного перемешивания для равномерного распределения осадка и улучшения контактов микроорганизмов со сбраживаемым субстратом и перехода на непрерывную загрузку (или сокращаются интервалы между загрузками).

Обычно время обработки осадков в таких метантенках лежит в пределах 15 – 20 сут, однако в ряде случаев продолжительность обработки осадков возможно снизить до 4 – 7 сут.

Следует однако отметить, что в высоконагруженных метантенках не происходит расслоения осадка и отделения иловой воды, в связи с чем технологическая схема предусматривает применение метантенка II ступени, т. е. переход на двухступенчатое сбраживание.

Принятые в отечественной практике обработки осадков технологические схемы, включающие высоконагруженные метатенки, предусматривают равномерную загрузку осадка во все резервуары метантенков по напорному трубопроводу. Одновременно с загрузкой исходного оса под гидростатическим давлением происходит выгрузка из метантенка сброженного осадка. Подогрев и горизонтальное перемешивание осадка в метантенке осуществляют острым паром, вертикальное перемешивание – центробежными насосами. Образующийся биогаз рекомендуется направлять в кс тельные очистных сооружений сжигания в качестве топлива.

К онструктивно метатенки обычно представляют железобетонные стальные вертикальные резервуары цилиндрической формы с жестким перекрытием и коническим или плоским днищем.