CC BY
15УДК 628.3
Е.С. Полянский, В.В. Голубев
СЖИГАНИЕ
В статье рассматриваются способы утилизации осадка городских канализационных сточных вод. Представлены виды оборудования для сжигания.
Ключевые слова: осадок сточных вод, сжигание осадка сточных вод, влажность осадка, печи для сжигания, зола.
Актуальной экологической проблемой является поиск эффективных способов утилизации осадка, образующегося при очистке городских и промышленных сточных вод. В Российской Федерации проблема утилизации осадка сточных вод (ОСВ) решается преимущественно путём его предварительного обезвоживания с последующим захоронением на полигонах совместно с твердыми бытовыми отходами, размещением в иловых прудах или илонакопителях. ОСВ является многокомпонентным, токсичным, биологически опасным (поскольку содержит тяжелые металлы и патогенные микроорганизмы) отходом процесса очистки сточных вод, требующим значительных территорий для его последующего размещения и/или захоронения. Для размещения ОСВ необходимо создавать дорогостоящие сооружения с длительным периодом эксплуатации, поскольку процесс биодеградации отхода является продолжительным во времени.
В процессе биологической деградации ОСВ происходит вторичное загрязнение объектов окружающей среды под действием эмиссий в атмосферный воздух (СО2, Н25, СН4 и др.), подземные и поверхностные воды (соединения, содержащие тяжелые металлы, и др.). При этом выводятся из хозяйственного оборота значительные земельные ресурсы, которым в дальнейшем не могут быть возвращены их первоначальные функции без проведения высокозатратных рекультивационных работ и санации вследствие изменения морфологического состояния поверхности и аккумуляции токсичных веществ в объектах накопления [1].
В зависимости от типа сооружений, используемых для очистки сточных вод, и способов выделения из них осадки можно разделить на следующие виды: грубые (отбросы), задерживаемые решетками; тяжелые (песок), улавливаемые песколовками; плавающие (жировые вещества), накапливаемые в отстойниках; взвеси, осаждаемые в первичных отстойниках; активный ил вторичных отстойников (микроорганизмы с адсорбированными и частично окисленными загрязнениями, извлеченными из сточных вод при биохимической очистке); анаэробно сброженные в метантенках; аэробно стабилизированный активный ил или его смесь с осадком из первичных отстойников в сооружениях типа аэротенков; активный ил или осадок в сгустителях или уплотнителях; осадки, обезвоженные на механических аппаратах, подсушенные на иловых площадках или термически высушенные.
Основную часть сухого в осадке первичных отстойников (в среднем 60-75%) и активного ила (порядка 70-75%) составляют органические вещества. Консистенция осадков городских сточных вод, как и других дисперсных материалов, зависит от их влажности. Первичные и сброженные осадки при величине последней свыше 90% представляют собой жидкую текучую массу, при 86-90% они сметанообразны, при 80-86% - грязеобразны. При более низкой влажности осадки сохраняют приданную им форму, походя на слегка влажную землю.
Элементный состав осадков изменяется в широких пределах. В частности, в сухом веществе осадков первичных отстойников содержится: С - 35-88%; Н - 4,5-8,7%; S - 0,2-2,7%; N -1,8-8%; О - 7,6-35,4%. Сухое вещество активного ила имеет: С - 44-76%; Н - 5-8%; S - 0,92,7%; N - 3,3-9,8%; О -12,5-43,2%. В осадках присутствуют также соединения кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия, натрия, цинка, хрома, никеля и др.
Гранулометрический состав свежих осадков первичных отстойников обычно представлен следующими фракциями: 5-20% частиц крупнее 10-7 мм, 9-33% размером 7-1 мм, 50-88% ме-
© Полянский Е С., Голубев В.В., 2014.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2014. № 12(39). Том I
нее 1 мм от массы сухого вещества. Сброженный в метантенках осадок по сравнению со свежим мельче и однороднее по структуре. В частности, частицы размером менее 1 мм составляют в среднем 85%. В активном иле эта фракция достигает 98% [2].
Растущее количество образующегося на городских очистных сооружениях осадка несоизмеримо велико по сравнению с сокращающимся количеством свободных площадей, на которых осадок может размещаться и подвергаться утилизации или какой-то предварительной обработке, и поэтому в последние годы все большее распространение получает сжигание осадков непосредственно на территориях предприятий канализационно-водопроводного хозяйства или специализированных технологических участков.
Сжигание позволяет обеспечить стопроцентное обеззараживание осадка и эффективное использование теплоты сгорания органики для получения энергии. Ограничение вывоза органических веществ на полигоны ТБО стимулирует или обязывает предприятия канализационно-водопроводного хозяйства сжигать осадок при невозможности его утилизации другим методом
[3].
Для сжигания осадков канализационных (городских) сточных вод применяют многоподовые, циклонные, а также печи с кипящим слоем.
Многоподовые печи для сжигания городских осадков используются в Германии, ЮАР и других странах. В частности, длительное время хорошо известный завод по сжиганию городских осадков с использованием четырех многоподовых печей работает на очистной станции г. Франкфурта-на-Майне (Германия). Производительность каждой из четырех технологических линий составляет 2 т/ч.
В согласии с принятой технологической схемой осадок первичных отстойников и избыточный активный ил после уплотнения в радиальных отстойниках до 3-4% твердого вещества поступают в подогреватель, где они нагреваются до 60°С. Подогрев облегчает обезвоживание осадка в центрифугах и позволяет сократить при этом расход флокулянта до 50%. Обезвоженные до 25-30% осадки подвергаются предварительной сушке и сжигаются.
Две последние, и важнейшие, операции проводятся в одном комбинированном агрегате. В нем многоподовая сушилка (верхняя часть агрегата) совмещена с зоной кипящего слоя для сжигания осадков (в нижней части). Отходящие газы сжигания с температурой 850°С утилизируются в котле с масляным теплоносителем. Далее они с температурой 180°С поступают в электрофильтр и затем в мокрый скруббер. После него их подогревают от 40 до 105°С, что облегчает выброс газов из дымовой трубы: увеличивается разность плотностей последних и атмосферного воздуха.
Печи циклонного типа используются на некоторых зарубежных очистных станциях для сжигания термически высушенных пылевидных осадков. Сушка осадков осуществляется за счет теплоты отходящих газов этих печей.
В нашей стране технологическая линия по сжиганию осадков и илов биохимических очистных сооружений действует на опытно-производственной базе НПО «Техэнергохимпром», расположенной на территории очистных сооружений г. Орехово-Зуева.
Линия производительностью 150 кг/ч по твердым и пастообразным материалам включает приемные и расходные контейнеры отходов, кольцевой циклонный реактор с верхним выходом дымовых газов через водоохлаждаемую вставку, полый испарительный скруббер и тканевый фильтр.
Печи с кипящим слоем за последние 30-40 лет получили наибольшее распространение не только для сжигания, но и сушки осадков. Их широко применяют в США, Германии, Франции, Японии и других странах.
Как известно, при сжигании в этих печах осадки подают в псевдоожиженный слой инертного материала (песок с размером частиц 5-1 мм), нагретый до температуры, обеспечивающей воспламенение отходов.
Первый в России и Восточной Европе завод по сжиганию осадков с использованием печи «КС» был сдан в эксплуатацию на центральной станции аэрации (ЦСА) Санкт-Петербурга (1997 г.).
На ЦСА Санкт-Петербурга поступает до 1600 м3/сут сточных вод. При их механической и биохимической очистке образуется до 5000 м3/сут осадков с влажностью 95,0-96,6%. Из них
одну половину составляют осадки первичных отстойников, а вторую - избыточный ил. После обезвоживания в центрипрессах и предварительного нагревания до 40-45°С содержание сухого вещества в осадках достигает 35% и их направляют на сжигание в печи «КС» конструкции «Пирофлюид».
На ЦСА установлены четыре печи диаметром 6,7 м, которые обрабатывают 2,5-2,8 т/ч сухого вещества каждая.
Дымовые газы сжигания содержат золу-унос, соединения тяжелых металлов Cd, РЬ и др.), кислотные газы (НС1, HF, 5 О 2 ). Для их очистки используют многоступенчатую систему. Вначале они освобождаются от пыли в электрофильтре, где задерживается 92-99% золы-уноса, частиц тяжелых металлов. Далее газы охлаждаются с 250-300 до 80°С в кислой водной среде (pH 2-3) колонны Вентури. Здесь же улавливаются кислотные примеси (НС1, HF), остаток золы-уноса и возгоны тяжелых металлов. Промывная вода циркулирует в замкнутом контуре. Лишь небольшая ее часть после нейтрализации удаляется в канализацию и поступает в голову очистных сооружений. Затем газы направляют в промывную колонну с щелочным раствором, где улавливается сернистый ангидрид (оксиды азота при сжигании практически не образуются вследствие низкой температуры этого процесса). Щелочность раствора поддерживается добавлением свежих порций №ОН.
Принятая схема газоочистки удовлетворяет наиболее жестким российским и европейским требованиям к выбросам загрязняющих веществ.
Технология предусматривает использование вторичных ресурсов, образующихся при сгорании осадка бытовых стоков.
Так, подлежит утилизации зола (50-70 м 3 /сут). В настоящее время в количестве 30 т/сут ее применяют при производстве кирпича на НПО «Керамика». Планируется также направление ее на производство других строительных материалов. Этому способствует крупность (средний размер частиц 0,35 мм) и состав золы: 5 1 О2 - 50-54%, А1 2О 3 - 8-11%, CaO - 15-17%, Р2О 5 - 67%.
Пар котлов-утилизаторов полностью обеспечивает помещения ЦСА отоплением и горячим водоснабжением, коммерчески используется котельной для снабжения внешних потребителей [2].
Главным условием внедрения подобных технологий является не столько осознание необходимости реализации экологических мероприятий, сколько коммерческая эффективность. В последние годы в зарубежных странах деятельность в области ресурсосберегающих и природоохранных технологий стала одной из перспективных и прибыльных.
Библиографический список
1. Цыбина А.В., Дьяков М.С., Вайсман Я.И. Перспективное направление утилизации продуктов термической обработки осадков сточных вод в производстве керамических строительных материалов // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 6 (2). - С. 265-270.
2. Лотош В.Е. Переработка отходов природопользования. Екатеринбург: Полиграфист, 2007. -
503 с.
3. Полянский Е.С., Голубев В.В. Опыт и перспективы сжигания осадков сточных вод// Вестник магистратуры. - 2014. - № 5 (1). - С. 96-98.
ПОЛЯНСКИЙ Евгений Сергеевич - магистрант, Казанский государственный энергетический университет.
ГОЛУБЕВ Виталий Викторович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование», Казанский государственный энергетический университет.
