Оборудване за обезводняване на утайки

Пречистването на отпадъчните води в пречиствателните станции неизменно е съпроводено с образуване на голямо количество утайки. С цел да се улесни тяхното транспортиране, оползотворяване, изгаряне или депониране утайките се подлагат на различни процеси, сред които е и обезводняването. То може да се осъществи в естествени условия в изсушителни полета и лагуни или с помощта на механично оборудване.

Съществуват различни видове съоръжения за механично обезводняване и изборът зависи от състава и количеството на произведените твърди частици, както и от нужния кек. Най-често за механичното обезводняване на утайки се използват вакуумфилтри, филтър преси и центрофуги.

Вакуумфилтри
Вакуумфилтрите са обезводнителни устройства с непрекъснато действие за филтруване на суспензии със средно и високо съдържание на твърда фаза. Предлагат се основно в три разновидности – барабанни, дискови и лентови. Конструкцията на барабанните вакуумфилтри включва хоризонтално разположен въртящ се барабан, който частично е потопен в утайките.

Барабанът е с двойни стени – вътрешна и външна. Вътрешната стена е плътна, докато външната е перфорирана и е обвита с филтърно платно. Обикновено вътрешната страна на барабана е разделена на отделни секции. Самият процес на обезводняване на утайките преминава през три фази – засмукване, обезводняване и отстраняване.

Дисковите вакуумфилтри се различават от барабанните по това, че при еднакви габаритни размери и тегло имат значително по-голяма филтърна повърхнина благодарение на това, че барабанът е заменен с кух вал, на който са наредени дискове.

Суспензията се подава в корито, закрепено между стойки, където се разбърква с люлееща се бъркалка. Дисковете са потопени в суспензията и като се въртят заедно с кухия вал, я филтруват със страничните си повърхнини. Работният цикъл, спомагателната техника и обслужването на дисковите филтри са същите както при барабанните филтри.

Лентовите вакуумфилтри са високопроизводителни съоръжения, въпреки че имат по-малки размери и маса от дисковите и барабанните. Те се състоят от лента, поставена върху задвижващия барабан и опъващия барабан. Лентата се плъзга по хоризонтална маса, на нивото на която са монтирани вакуумкамери, съединени чрез тръби с вакуум сборници.

В случай че освен филтруване върху филтъра се извършва промивка, промивната течност от сборниците може да се връща в улеите. Филтърът се захранва със суспензия по цялата широчина на лентата през улея. Снемането на утайката от лентата става под действие на теглото й, но за сигурност се прилага остъргване с нож по цялата й дължина над барабана.

За някои конструкции лентови филтри филтърното платно е делимо от лентата. То се опъва с ролки и се промива чрез дюзите. Предимства на лентовите вакуумфилтри са високата им производителност и възможността за образуване на пореста структура на утайката, при което намалява съпротивлението и се увеличава скоростта на филтруване.

Създадена е възможност за секторно промиване и разделено отвеждане на филтрата и промивните течности, както и за пълно регенериране на филтърната тъкан преди повторение на цикъла на филтруване. Лентовите филтри имат проста конструкция, която дава възможност за лесно и удобно обслужване.

Непрекъснато действащите вакуумфилтри не могат да функционират сами. Те са свързани с други спомагателни и основни съоръжения чрез тръбопроводи и арматура и образуват вакуумфилтърни инсталации.

Филтър преси
Друго често използвано съоръжение за механично обезводняване на утайките са филтър пресите. Като основни техни предимства обикновено се посочват: висока степен на сухо вещество на обезводнения кек; ниски експлоатационни разходи; нисък разход на реагенти; удобство при монтаж и експлоатация; дълъг експлоатационен срок.

Във филтър пресата суспензията се притиска към филтърна преграда. Тя задържа твърдите частици и пропуска само течната част, която минава през филтъра и се събира като филтрат без твърди частици. На филтърната преграда се оформя кек. Като филтърни прегради в някои преси се използват тъкани, известни като филтърни платна, а в други – полупропускливи мембрани или плочи.

При непрекъснатите процеси (рамкови преси) този кек се изважда от машината в края на процеса, когато пресата се отвори. Използването на текстилни филтър-преси изисква стабилна суспензия, която да не полепва по филтърната преграда и да не образува задръстване.

При листовите (камерни) филтър преси и рамковите (мембранни) филтър преси се използва налягане за отделяне на течността от течно-твърдия разтвор. Те са особено подходящи за суспензии с малко съдържание на твърда фаза (<2% твърди частици) или примеси от ситнеж, но като цяло могат да обезводняват много комбинации от суспензии с различен размер и процентно съдържание на твърди частици.

Използвайки принципа на камерната филтър преса (твърди листи от стената на камерата се притискат един към друг, след като междинната камера се напълни със суспензията), мембранните филтър-преси действат на две фази с помощта на камера и мембранни листи. През първата фаза камерите се пълнят до ниво, при което физичната сила води до обезводняване. През втората оформилият се кек се притиска към еластични мембрани.

Лентови филтър преси
Обезводняването при лентовите филтър преси се осъществява с прилагане на механично налягане върху химически стабилизираната суспензия, която се притиска от двете страни от опънати ленти, минаващи през серпентина от ролки с все по-малък диаметър.

Операциите на машината могат да се разделят на три основни етапа: първоначално обезводняване, където от утайките се получава гъста каша; притискане или филтриране при средно налягане, което подготвя утайките за филтрация под високо налягане; както и филтрация при високо налягане, която повишава максимално съдържанието на сухо вещество в кека.

Съществуват лентови филтър-преси с три и две ленти, и удължена гравитачна двулентова конструкция. Трилентовата преса има независима зона за оттичане с по-отворена лента за по-бързо намаляване обема на водата. Моделът с удължена лента има по-дълга зона за гравитачно оттичане.

Изборът на основната машина зависи от типа утайки и подаването на твърди частици. Предимството на лентовия филтър е непрекъснатата експлоатация. Обикновено лентовата филтър-преса третира суспензия с първоначално съдържание на твърди частици, вариращо между 1 и 4% и произвежда кек с 12-35% съдържание на сухо вещество.

Шнекови преси
Този метод на обезводняване се състои от шнеков транспортьор, който се върти в цилиндрично сито с променлива скорост. Свободната вода се филтрира през отворите на преградата, докато шламът се придвижва бавно по силата на гравитацията, по шнековата сонда към изхода.

Ситото се почиства редовно с автоматично отмиващо устройство. Шнековите преси са доста нечувствителни към едър материал заради по-голямото пространство за преминаване между шнековия транспортьор и ситото. Не се образува филтърен кек и по този начин се избягва високото филтрационно съпротивление, а и не се използва много материал за предварително стабилизиране.

Мобилни версии
Мобилните версии за обезводняване на утайки използват най-много технологията на центрофугата, шнековата и рамковата преса. Обикновено мобилните съоръжения за обезводняване се предпочитат в децентрализирани ПСОВ с ниско производство на утайки, какъвто е случаят със селските райони. Нередовните количества обезводнени утайки се подлагат на съвместно изгаряне. Това е единственият вариант на практика за по-нататъшно топлинно оползотворяване, което, от своя страна, не дава възможност за оползотворяване на фосфора.

Центрофуги
Този метод за обезводняване на утайките се основава на действието на центробежна сила, получена вследствие от въртенето на ротора на центрофугата. Методът се счита за много подходящ при обезводняването на тежки утайки.

Основно центрофугите се подразделят на филтруващи и утаителни според това дали барабанът им е перфориран и снабден с филтърна тъкан или е плътен. Барабаните на филтруващите центрофуги имат перфорирана стена. Филтруването се извършва вследствие на центробежното налягане, което развива машината. Филтратът преминава през натрупания слой утайка, филтърната тъкан и през ситото, което крепи тъканта и я дистанцира от стената на барабана.

За някои конструкции центрофуги се употребява само фино сито или само филтърно платно. Поставянето на “дренажни” мрежи между стената на барабана на центрофугата и филтърната преграда увеличава съществено производителността на машината по филтрат, тъй като в процеса филтруване участва значително по-голяма площ от платното, повдигнато от стената на барабана.

В противен случай филтруването се извършва само в местата, където платното прилепва срещу отворите на барабана, пропускащи филтрата. Видът на филтърната преграда - сито, тъкан, пластмасово поресто фолио и други, се избира по технологични съображения в зависимост от вида и характера на суспензията.

Утаителните центрофуги отделят твърдите от течните фази в един-единствен процес посредством бързото въртене на суспензията в барабана. Центробежната сила разделя различните фази и отвежда излишната течност. Утаителните центрофуги се използват, когато твърдите частици са с много по-голямо относително тегло, отколкото водата.

Направляващи прегради вътре в тях определят правилния поток на отделените фази и не позволяват взаимно замърсяване. Утайката, която се образува от твърдите частици, постоянно се отстранява, например посредством транспортиращ шнек, който се върти със скорост, различна от тази на барабана.

Като критерии за класификация на центрофугите се използват още оста на въртене на ротора, режимът на работа и други. По начина на действие те биват още с ръчно обслужване (ръчно разтоварване на твърдата фаза) и автоматични (разтоварване с обстъргващ нож, пулсиращо бутало или с шнек).

Според разположението на вала и ротора центрофугите се класифицират като вертикални и хоризонтални, а според разположението на лагерното тяло спрямо ротора - на стоящи и висящи. В зависимост от броя на фазите, на които чрез центрофугиране се разделя дадена смес, тези съоръжения са двуфазни или трифазни. Обикновено трифазните са хоризонтални шнекови центрофуги, които разделят течната система на три фази.

Непрекъснато действащите шнекови автоматични центрофуги работят по установен цикъл. От напорен съд или помпа към центрофугата се подава непрекъснато суспензия. Количеството й е регулирано така, че машината да центрофугира суспензията до утайка с желана крайна влажност.

Твърдата фаза се уплътнява достатъчно добре към стената на барабана, докато филтратът прелива непрекъснато през отворите. Шнекът изтласква непрекъснато утайката през отворите, като изостава с около 40 мин-1 от честотата на въртене на барабана. Така се постига регулиране на времепребиваването на суспензията в машината.

Ако за разтоварването на твърдата фаза на утаителна центрофуга се използва остъргващ нож, тогава времето на работа на машината се програмира. За известно време постъпва суспензия, като се гарантира точно определена порция в барабана. После няколко минути се центрофугира без прилив на суспензия, като непрекъснато се отвежда филтрат.

Утайката се подсушава в достатъчна степен. След това чрез хидравлично бутало се задейства нож, който остъргва утайката от вътрешната страна на барабана и я извежда от машината. Циклите на центрофугиране се повтарят по време.

При обработването с центрофуги влажността на обезводнените утайки обикновено варира в границите на 65-75%. За постигането на по-добри резултати се препоръчва прилагането на минерални реагенти и флокуланти - катоден тип. При използването на центрофуги за обезводняване инсталацията може да бъде напълно автоматизирана.

Възможности за оптимизация на обезводняването
Независимо от използваните съоръжения за обезводняване на утайките, с оглед на повишаване на ефекта от механичното обезводняване, специалистите препоръчват утайките да се подлагат на предварителна обработка. Консистенцията на уплътнените утайки е от съществено значение за успешното обезводняване.

Предпочитат се методите, които осигуряват идеално трошливи уплътнени утайки с добра структура и висока делителна повърхност. Повторното разреждане на филтрата или концентрата (водата от утайките) трябва да бъде сведено до минимум. При предварителната обработка на утайките, с цел постигане на по-добри резултати при обезводняването и нива на съдържание на сухо вещество >10%, обикновено се добавят органични коагулиращи агенти или други утаители.

Намаляването на нивата на фосфат в утайките също влияе положително на обезводняването. Съдържанието на сухо вещество при обезводняване може да се увеличи с до 5%, а при намаляване на фосфата, и повече. За премахването на фосфата могат да се използват биологични или химични процеси (например чрез утаяване с желязо).

Най-често се прибягва до биологичните процеси, тъй като са по-евтини и по-лесни за реализация от техническа гледна точка. Недостатъкът при тях е, че фосфорът не се стабилизира, а преминава във взаимозаменяеми съединения с биологична структура, които могат да се разтворят и активират отново при различни промени в околната среда. Освен с биологично отделяне на фосфора, проблемът може да се реши и чрез специфично утаяване на фосфата, като се увеличи pH.