СИСТЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2007 года по МПК C02F11/18 

Изобретение относится к области санитарной техники, может быть использовано при переработке осадка сточных вод крупных населенных пунктов и изготовлении изделий для промышленного и гражданского строительства.

Природные и промышленные стоки крупных городов поступают на очистные сооружения, проходят технологическую обработку, в результате которой образуются большие объемы обезвоженного осадка.

Основным способом утилизации осадка сточных вод является складирование на полигоне. Однако в настоящее время в целях уменьшения объемов складирования в несколько раз осадок сточных вод сжигается и в результате сжигания образуется зола. Зола является токсичным продуктом и неправильное обращение с ней приводит к нарушению требований экологической безопасности. Зола также складируется на полигоне.

В то же время при определенной обработке зола может быть использована как ценный сырьевой компонент при изготовлении товарной продукции, например строительных материалов и конструкций.

В связи с ростом объемов производства золы возникает крайняя необходимость в создании такой системы обработки, сжигания осадка сточных вод, получения и дальнейшего использования золы как сырья так, чтобы в результате получалась товарная продукция, востребованная потребителем.

Известен ряд способов переработки сточных вод и систем для реализации, описанных в следующих патентах РФ.

Способ обработки избыточного активного ила (патент РФ №95112218) включает предварительное уплотнение, обезвоживание, последующую сушку, сжигание обезвоженного осадка и получение золы. Недостатком этого способа переработки осадка сточных вод является потребность в высоких эксплуатационных расходах, связанных с необходимостью постоянного попутного сжигания дополнительного топлива.

Известен способ переработки обезвоженных осадков сточных вод (патент РФ №2211192) путем сжигания в типовых котельных. Обезвоженные осадки сточных вод измельчают и сжигают с образованием золы с последующим удалением золы в отвал. Недостатком этого способа являются небольшие объемы переработки осадка.

Системы, реализующие способы переработки осадка сточных вод (патенты РФ 95112218, 2211192), состоят из взаимосвязанных блоков обезвоживания и сжигания осадка, получения, накопления и удаления золы.

Общими недостатками этих систем переработки осадка являются следующие:

- зола в дальнейшем не используется как сырье;

- хранение золы в отвалах приводит к загрязнению окружающей среды;

- нарушаются требования экологической безопасности при транспортировке золы к месту складирования.

Известна система, обеспечивающая использование золы, получаемой в результате сжигания осадка сточных вод, при изготовлении строительных изделий из автоклавного золопенобетона (патент РФ №22566632).

Эта система обеспечивает реализацию способа изготовления изделий из автоклавного золопенобетона (в дальнейшем по тексту АЗПБ) и включает следующие основные взаимосвязанные элементы:

- узел сырья;

- шаровую мельницу мокрого помола;

- пеногенератор;

- дозатор;

- смеситель;

- автоклав с парогенератором;

- узел готовой продукции.

В узле сырья производится накопление и подготовка к применению исходных материалов для изготовления АЗПБ: цемента, извести, песка, пенообразователя, воды и золы.

Из узла сырья цемент, известь, вода, зола, а также песок, после обработки в шаровой мельнице мокрого помола подают в дозатор. Пенообразующая добавка из узла сырья поступает в дозатор, где ее смешивают с водой и с помощью пеногенератора превращают в пену. Отдозированные песок, зола, вода, цемент, известь и пена поступают в смеситель.

Полученная в смесителе золопенобетонная смесь используется для приготовления изделий АЗПБ, которые подвергают обработке в автоклаве. После обработки изделия поступают на узел готовой продукции.

Недостаток системы изготовления АЗПБ заключается в том, что не обеспечивается полный цикл переработки осадка сточных вод до изготовления товарной золопродукции из-за отсутствия технологических связей системы переработки осадка сточных вод и системы изготовления АЗПБ.

Вследствие этого:

- нарушается экология окружающей среды из-за распыления золы при ее погрузке, перевозке от производства по переработке сточных вод к производству АЗПБ, разгрузке, складировании и использовании;

- снижается производительность изготовления АЗПБ из-за необходимости ведения дополнительных работ, связанных с транспортировкой, хранением, загрузкой золы и, как следствие, с дополнительными затратами;

- необходимость установки и, как следствие, дополнительные расходы на разработку, изготовление и эксплуатацию парогенератора для работы автоклава.

Наиболее близким аналогом по технической сущности, принятым за прототип, является система утилизации осадка сточных вод, описанная в монографии «Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга» Санкт-Петербург: Стройиздат, 1999 г., с.380-386 и включающая следующие основные взаимосвязанные блоки:

- обезвоживания осадка;

- сушки и сжигания осадка;

- удаления золы из уходящих газов;

- очистки дымовых газов.

В блоке обезвоживания осадка производится повышение концентрации сухих веществ в осадке. Обезвоженный осадок поступает в блок сушки и сжигания.

В печи этого блока при подаче воздуха и сгорании природного газа создаются температура ˜870°С и соответственно условия, при которых происходит сгорание органической составляющей осадка сточных вод. В результате сгорания осадка образуются горячие дымовые газы.

В этом же блоке горячие дымовые газы нагревают бойлер с водой, в котором образуется пар. Пар (60%) в теплообменнике передает тепло воде, использующейся для обогревания помещений, а его излишки (40%) выбрасываются в атмосферу.

Далее дымовые газы поступают в блок удаления золы из уходящих газов и электрофильтры, в которых оседает зола. Зола с помощью эжектора поступает в бункер, затем грузится на самосвал, вывозится и складируется на полигоне.

Таким образом, в результате сжигания осадка сточных вод получается зола, которая не является товарной продукцией и складируется на полигоне, а также пар, часть которого (40%) выбрасывается в атмосферу.

Уходящие газы из блока удаления золы попадают в блок очистки, в котором удаляются вредные вещества и после этого дымовые газы выбрасываются в атмосферу.

Существенными недостатками представленной системы являются следующие:

- в результате переработки сточных вод получается зола, которая является экологически опасным материалом;

- зола в больших объемах подлежит складированию на полигоне. В процессе перевозки и складирования золы нарушается экология окружающей среды;

- перевозка золы, обслуживание и рекультивация полигона в процессе хранения золы связаны с существенными материально-техническими расходами;

- зола как экологически опасный материал теряется как сырье для изготовления товарной продукции, например строительных изделий;

- Пар, получаемый при сжигании осадка сточных вод, частично используется для теплоснабжения предприятия (˜60%), а частично (40%) бесполезно выбрасывается в атмосферу.

Задачей изобретения является создание системы, обеспечивающей повышение эффективности и производительности переработки осадка сточных вод при условии увеличения экологической безопасности и снижения экологической нагрузки на окружающую среду.

Техническим результатом является:

- Использование промежуточных продуктов сжигания осадка сточных вод - золы и пара для производства экологически чистой товарной продукции - АЗПБ.

- Повышение экологической безопасности вследствие исключения воздействия на окружающую среду мелкодисперсной пыли золы, полученной от сжигания осадка сточных вод. Последнее достигается тем, что в предлагаемом изобретении исключается операция по перевозке золы от завода сжигания осадка к месту дальнейшей переработки или складирования золы и ее распыление в окружающую среду.

- Снижение экологической нагрузки на окружающую среду вследствие полезного использования до 40% золы от общего состава композиции при изготовлении автоклавного золопенобетона вместо складирования золы на полигоне.

Поставленная задача решена тем, что известная система переработки осадка сточных вод дополнительно снабжена блоком изготовления изделий из автоклавного золопенобетона (АЗПБ), узлом отбора золы, узлом обработки золы и узлом отбора пара. Причем блок АЗПБ с помощью узлов отбора и обработки золы связан с блоком удаления золы из уходящих газов, а при помощи узла отбора пара - с блоком сушки и сжигания осадка.

Причем узел отбора золы содержит пневмомагистраль, соединение пневмомагистрали с пневмотранспортной магистралью и регулятор подачи золы, установленный за соединением магистралей по ходу движения золы, и соединен с помощью пневмотранспортной магистрали с блоком очистки и удаления золы из уходящих газов и с узлом накопления золы, а с помощью транспортной магистрали - с накопительным бункером узла обработки золы, а узел обработки золы содержит соединенные последовательно накопительный бункер, шаровую вибромельницу мокрого помола и шламбассейн, подключенные со стороны шламбассейна к дозатору, а со стороны накопительного бункера - к узлу отбора золы, при этом узел отбора пара содержит регулятор подачи пара и паропровод, соединенный с одной стороны с автоклавом блока изготовления АЗПБ, а с другой - с коллектором пара блока сушки и сжигания обезвоженного осадка.

Новыми отличительными признаками заявленного изобретения является введение:

- блока изготовления АЗПБ, который с помощью узла отбора и обработки золы связан с блоком удаления золы из уходящих газов, а при помощи узла отбора пара - с блоком сушки и сжигания осадка;

- узла отбора золы, содержащего пневмомагистраль, соединение пневмомагистрали с пневмотранспортной магистралью и регулятор подачи золы, установленный за соединением магистралей по ходу движения золы. Узел отбора золы соединен с помощью пневмотранспортной магистрали с блоком очистки и удаления золы из уходящих газов и с узлами накопления золы, а с помощью транспортной магистрали - с накопительным бункером узла обработки золы;

- узла обработки золы, содержащего соединенные последовательно накопительный бункер, шаровую вибромельницу мокрого помола и шламбассейн, подключенные со стороны шламбассейна к дозатору, а со стороны накопительного бункера - к узлу отбора золы;

- узла отбора пара, содержащего регулятор подачи пара и паропровод, соединенный с одной стороны с автоклавом блока АЗПБ, а с другой стороны - с коллектором пара блока сушки и сжигания обезвоженного осадка.

По сведениям, имеющимся у заявителя, приведенные отличительные признаки являются новыми и в технической литературе не представлены. Совместное их применение в заявленной системе позволяет получить требуемый положительный технический результат.

Технический результат обуславливает получение экономического эффекта, который достигается путем:

- исключения затрат на операцию по перевозке золы от сжигания осадка к месту дальнейшей переработки или складирования на полигоне, а также затрат, связанных с обслуживанием полигона или складирования золы в месте ее переработки;

- использование промежуточных продуктов технологического процесса сжигания осадка сточных вод - золы и пара, которые ранее не использовались, при изготовлении автоклавного золопенобетона.

Предлагаемая система переработки осадка сточных вод является безотходной, т.к. зола и излишки пара утилизируются, а конечным продуктом являются товарные изделия из золопенобетона.

Принципиальная структурная схема построения системы переработки осадка сточных вод, представленная на чертеже, состоит из следующих основных взаимосвязанных элементов: блоков осадка сточных вод 1, обезвоживания осадка 2, сушки и сжигания обезвоженного осадка 3 с коллектором пара 4, узлами утилизации пара для отопления помещений 5 и удаления пара в атмосферу 6; узла отбора пара 7 с паропроводом 8 и регулятором подачи пара 9, блока очистки и удаления золы из уходящих газов 10 с узлом отбора золы 11, включающим пневмотранспортную магистраль 12, пневмомагистраль 13, соединение пневмомагистралей 14 и регулятор подачи золы 15, узла накопления и удаления золы 16, блока очистки дымовых газов 17, блока изготовления АЗПБ 18 с узлом сырья (цемента, извести, песка, пенообразователя и воды) 19, шаровой мельницы мокрого помола 20, пеногенератора 21, дозатора 22, смесителя 23, автоклава 24, узлов готовой продукции 25, обработки золы 26 с накопительным бункером 27, шаровой вибромельницы мокрого помола 28 и шламбассейна 29.

Система переработки осадка сточных вод работает следующим образом.

Сточные воды направляются в отстойники, на которых выделяется осадок 1, поступающий в блок 2 для обезвоживания. Обезвоженный осадок подается в блок сушки и сжигания 3. При сжигании осадка в котле утилизатора блока 3 образуется пар, поступающий в коллектор 4. С помощью коллектора пар распределяется для использования при отоплении помещений 5, излишки пара удаляются в атмосферу 6, а также с помощью узла отбора пара 7, включающего паропровод 8 и регулятор 9, пар подается в автоклав 24 блока изготовления АЗПБ 18.

Пределы регулирования подачи пара определяются заданной мощностью производства и при определенных условиях удаление пара в атмосферу будет исключено, т.к. весь пар будет использован в технологическом процессе изготовления АЗПБ. Применение пара, полученного в блоке 3, позволяет отказаться от установки и эксплуатации штатного парогенератора, используемого в традиционной системе изготовления АЗПБ.

Из блока сушки и сжигания обезвоженного осадка 3 уходящие газы поступают в блок очистки и удаления золы из уходящих газов 10, и далее в блок очистки дымовых газов 17. Одна часть золы из блока 10 с помощью пневмотранспортной магистрали 12 подается в узел накопления, удаления золы 16 и вывозится самосвалами для складирования на полигоне. Другая часть золы с помощью узла отбора золы 11, включающего пневмомагистраль 13, соединение 14 пневмомагистралей и регулятора подачи золы 15, выполненного, например, в виде задвижки, направляется в узел обработки золы 26, обеспечивающий подготовку золы для введения в блок изготовления АЗПБ 18.

Работа пневмомагистрали, пневмотранспортной магистрали и регулятора обеспечивает регулируемую подачу золы или в узел обработки золы или в узел накопления и отгрузки золы.

Соотношения объемов золы, направляемых в узел накопления и удаления золы 16 с последующим вывозом, складированием на полигоне и направляемых в блок 18 изготовления АЗПБ, определяется заданной мощностью производства.

При определенных условиях вывоз золы на полигон может быть исключен, т.к. вся зола будет использована в технологическом процессе изготовления АЗПБ. Это позволит обеспечить экологическую безопасность, исключив транспортировку золы для складирования на полигоне, а также экологическое давление на окружающую среду, исключив хранение золы на полигоне.

Зола из узла отбора золы 11 с помощью пневмомагитрали 13 попадает в узел обработки золы 26, включающий соединенные последовательно накопительный бункер 27, шаровую вибромельницу мокрого помола 28 и шламбассейн 29. После обработки в узле 26 получается гомогенная смесь золы с водой, которая из шламбассейна 29 направляется в дозатор 22 блока изготовления АЗПБ 18. Наряду со смесью золы с водой в дозатор блока 18 из узла сырья 19 поступают цемент и известь, а также песок после его измельчения в шаровой мельнице мокрого помола 20. Одновременно производится дозирование воды через расходометр в мельницу мокрого помола песка 20, в бак приготовления рабочего раствора пенообразующей добавки, в весовой дозатор 22. Приготовление пенообразующей добавки из пеноконцентрата производиться путем ее дозирования в дозаторе 22, смешивания с водой и превращения полученного раствора с помощью пеногенератора 21 в пену. Отдозированный шлам песка и золы, вода, цемент и известь поступают в смеситель 23, где осуществляется их перемешивание. К приготовленной смесителем 23 растворной смеси добавляют пену и перемешивают до получения золопенобетонной смеси. Полученную золопенобетонную смесь используют для приготовления изделий, которые подвергают обработке в автоклаве 24.

После обработки в автоклаве изделия из АЗПБ поступают в узел готовой продукции 25 для последующей отгрузки заказчику.

Таким образом, заявленная система обеспечивает выполнение полного цикла переработки осадка сточных вод, который заканчивается получением товарной продукции - строительных изделий из автоклавного золопенобетона.

Заявленное техническое решение может быть реализовано в существующих системах переработки осадка сточных вод при использовании доступных материалов и агрегатов.

Изобретение относится к области санитарной техники, может быть использовано при переработке осадка сточных вод крупных населенных пунктов и изготовлении изделий для промышленного и гражданского строительства. Система включает блоки обезвоживания осадка, сушки и сжигания обезвоженного осадка, удаления золы из уходящих газов и очистки дымовых газов. Система дополнительно снабжена блоком изготовления изделий из автоклавного золопенобетона (АЗПБ), узлом отбора золы, узлом обработки золы и узлом отбора пара, причем блок АЗПБ с помощью узлов отбора и обработки золы связан с блоком удаления золы из уходящих газов, а при помощи узла отбора пара - с блоком сушки и сжигания осадка. Осадок сточных вод обрабатывают в блоке обезвоживания осадка, сжигают в блоке сушки и сжигания обезвоженного осадка. В результате получается зола и пар, которые с помощью узлов отбора и обработки золы и узла отбора пара поступают в блок изготовления АЗПБ. Технический эффект - обеспечение полного цикла переработки осадка сточных вод с получением товарной продукции - строительных изделий из автоклавного золопенобетона. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система переработки осадка сточных вод, содержащая блок обезвоживания осадка, блок сушки и сжигания осадка, блок удаления золы из уходящих газов и блок очистки дымовых газов, отличающаяся тем, что введены блок изготовления изделий из автоклавного золопенобетона (АЗПБ), узел отбора золы, узел обработки золы и узел отбора пара, причем блок АЗПБ с помощью узлов отбора и обработки золы связан с блоком удаления золы из уходящих газов, а при помощи узла отбора пара - с блоком сушки и сжигания обезвоженного осадка.2. Система переработки осадка сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что узел отбора золы содержит пневмомагистраль, соединение пневмомагистрали с пневмотранспортной магистралью и регулятор подачи золы, установленный за соединением магистралей по ходу движения золы, и соединен с помощью пневмотранспортной магистрали с блоком очистки и удаления золы из уходящих газов и с узлом накопления золы, а с помощью транспортной магистрали - с накопительным бункером узла обработки золы.3. Система переработки осадка сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что узел обработки золы содержит соединенные последовательно накопительный бункер, шаровую вибромельницу мокрого помола и шламбассейн, подключенные со стороны шламбассейна к дозатору, а со стороны накопительного бункера - к узлу отбора золы.4. Система переработки осадка сточных вод по п.1, отличающаяся тем, что узел отбора пара содержит регулятор подачи пара и паропровод, соединенный с одной стороны с автоклавом блока изготовления АЗПБ, а с другой - с коллектором пара блока сушки и сжигания обезвоженного осадка.