Способ термической утилизации осадков сточных вод в технологическом комплексе К-ТУО Российский патент 2025 года по МПК B09B3/00 

Изобретение относится к области переработки многокомпонентных осадков биологической очистки городских и производственных сточных вод, включающих отбросы с решеток или с другого оборудования процеживающего типа, сырой осадок, флотошлам, жиро и нефтесодержащие компоненты с отстойников специального назначения, которые не целесообразно повторно использовать, избыточный активный ил, а также углеродсодержащие (органические) отходы промпредприятий влажностью менее 80%, При реализации предлагаемой технологии образуется обезвоженный и нетоксичный для окружающей среды однофазовый продукт, который целесообразно использовать для благоустройства территорий с элементами благоустройства ландшафтов, в дорожном строительстве и сельском хозяйстве. Полученный продукт также предназначен для хранения в твердом состоянии (как брикетах, так и в насыпном виде) с последующей утилизацией со 100% безопасностью для окружающей природной среды.

Так как утилизация осадков сточных вод является одной из важнейших задач по снижению уровня антропогенного воздействия на окружающую среду количество предлагаемых способов их переработки возрастает. При этом предлагаются методы, как с использованием различных присадок, реагентов, так и без них.

Известен способ комплексной переработки техногенных осадков (см. патент РФ на изобретение № 2057725 С1, авторы: Есин А. В., Ануфриева С. И., Маликов В. А., Двоскин Г. И. и др.), изобретение относится к комплексной переработке техногенных твердых отходов, в частности донных отложений рек и водоемов, гальванических осадков, осадков избыточного активного ила из сооружений биологический очистки и других продуктов. Способ включает разделение осадков на фракции с последующей раздельной переработкой каждой фракции и получением полезных утилизируемых продуктов, при этом после обезвоживания и выделения песковой составляющей осадков, с использованием барабанного грохота или гидроциклона иловую составляющую делят на фракции в соотношении, зависящем от содержания органических и неорганических веществ, причем из одной фракции путем пиролиза осадка и активации полученного твердого остатка смесью дымовых газов и водного пара получают сорбент, из другой фракции после обработки серной кислотой получают железоалюминиевый коагулянт, а третью фракцию растительные отходы - используют как субстрат для культивировании грибов или микроорганизмов при относительной влажности воздуха 90% и температуре 17°C формируют плодовые тела.

Недостатком данного способа для реализации заявляемого способа является наличие отдельной производственной площадки для переработки трех различных видов осадков, в том числе донных отложений. В патенте не отражена детально схема разделения иловых осадков на фракции, при этом очевидно, что в каждой из фракций будет содержаться примеси других фракций. Пиролиз осадков предполагает формирование жидкого пиролизного осадка, требующего в свою очередь утилизации. Данная схема представляется сложной в реализации, особенно в части культивирования грибов и микроорганизмов без указанной технологии их использования. Таким образом многостадийность и сложность реализации процессов и получения различных продуктов без рекомендательного использования снижает надежность процесса и его целесообразность для решения поставленной задачи.

Известен способ комплексной переработки осадков сточных вод, (см. патент РФ № 270 8595 C1, авторы: Хрипач Н. П. Камнев Е. Г., Жегулин С. Н.) который предполагает обработку смеси сырого осадка и избыточного активного ила, в том числе содержащей тяжелые металлы предварительно обезвоженных осадков при понижении влажности с 98-99% до 80% и менее, в том числе на иловых картах. В обезвоженные осадки вводят связующую неорганическую минеральную добавку (или связующий неорганический минеральный агент) подают в дробилку-мешалку для их смешивания, далее подают на гранулирование и затем на стадию естественного высушивания в аэрируемом помещении. После стадии естественного высушивания гранулы подвергают термообработке посредством обжига в активаторе без доступа воздуха. Температура обработки определяется температурой обжига глины, которая составляет не выше 200-300°С.

Недостатком рассматриваемого способа для реализации предлагаемого способа является многостадийность выполнения последовательных процессов сушек, в том числе на открытых иловых площадках, введение значительных количеств различных ингредиентов минерального происхождения, использование на заключительной стадии обжига без доступа воздуха, по сути пиролиза, при котором побочным продуктом является не только газ, но и жидкие пиролизные отходы, обработка которых не предполагается. Также не приводится и способ очистки газовых выбросов. Таким образом многостадийность процессов сушки, тем более на иловых площадках, и далее при аэрации в помещении потребует значительного воздухообмене с процессами обработки воздуха помещения с целью предотвращения распространения зловонных запахов. Применение обжига, при указанной температуре, особенно гранул размером 10 мм, не гарантирует, как показывает практика, полного спекания материала и, следовательно, остается возможность его неполного обеззараживания, все указанное снижает надежность процесса обеззараживания иловых осадков, при этом не рассматривается утилизация других типов осадков, образующихся на сооружениях по очистке сточных вод, следовательно, этот способ не целесообразно применять для решения заявляемой задачи.

Известен способ получения продуктов термической деструкции илового осадка городских сточных вод (см патент РФ № 2776712 C1 , авторы Вепринцева М. И.) включающий предварительное размещение илового осадка в полости бункера-накопителя, вытеснение кислорода воздуха окружающей среды из мест нахождения илового осадка за счет подаваемых нагретых дымовых газов, его транспортировку для проведения термической деструкции, с последующим разделением продуктов термической деструкции на газообразную смесь и твердую фракцию. При этом подогрев осадка проводят постадийно, сначала нагревают дымовыми газами до 50-80°С при его подаче в полость, далее до 310-340°С путем передачи к нему тепловой энергии в результате вращения разбрасывающего горизонтального диска и посредством теплопередачи от нагретых до 310-340°С стальных элементов винтового конвейера, которую формируют, для проведения термической деструкции путем повышения температуры в стенке камеры до 800-810°С.

Недостатком указанного метода, препятствующим реализации заявляемого способа является необходимость использовать иловый осадок городских сточных вод с влажностью 8-20% и с размерами частиц 0,2-0,4 мм., постадийный нагрев осадка до указанных температур требует строго контроля температуры дымовых газов. Также использование данного способа ограничено обработкой иловых осадков и не предусматривает обезвреживание и/или утилизацию отбросов с решеток, сырых осадков, а также эмульгирующих продуктов - жиров, нефтепродуктов и пр. Обозначенные в способе температурные условия и способы перемещения илового осадка не подходят для всех видов осадков сточных вод, заявляемых к обезвреживанию предлагаемым способом.

Известен способ переработки и утилизации бытовых и промышленных отходов с производством тепловой энергии и товарной продукции и комплекс технических средств экопроизводств для его осуществления ( см. патент РФ № 2828716 С1, авторы Горшков А. С., Ефимов О. И., Самохин М. А., Герасимов О. А., Бондаренко Н. В.) в котором предлагается переработка и обезвреживание бытового и промышленного мусора от городской инфраструктуры для переработки и утилизации пищевых и твердых горючих компонентов бытовых и промышленных отходов с производством тепловой энергии и товарной продукции и содержит бункерный блок, блок сортировки бытовых и промышленных отходов мусоросжигательный завод, накопительный блок пищевых отходов, блок подготовки кормовых смесей и удобрений. При этом мусоросжигательный завод содержит блок сжигания, блок дымоочистки, блок водоподготовки и утилизации тепла и блок утилизации золы. Спецификой данного способа является утилизация горючих материалов, в которые не входят пищевые отходы, в отличие от осадков сточных вод, включающих в том числе и эти отходы, следовательно подготовка осадков сточных вод и бытовых отходов различна, различны и температурные эффекты. Дымовые газы также будут содержать различные примеси и, следовательно, предлагаемый способ не может быть применен в заявленном виде для решения поставленных задач.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка унифицированного способа термической утилизации осадков сточных вод в технологическом комплексе К-ТУО, включающих все виды осадков, образующихся в процессе биологической очистки городских и производственных сточных вод: отбросы с решеток или с другого оборудования процеживающего типа, сырой осадок, флотошлам, жиро и нефтесодержащие компоненты с отстойников специального назначения, избыточный активный ил, а также углеродсодержащие (органические) отходы промпредприятий влажностью менее 80%, при одновременном достижении стабильности реализации технологического процесса и надежности получения однофракционного обработанного осадка в виде золы 4 или 5 класса опасности, а также выбросов в атмосферу газообразных продуктов сжигания, содержащих концентрации компонентов не превышающих ПДК в атмосфере, также снижения энергопотребления топлива за счет рециркуляции тепла, что обеспечит улучшение экологической ситуации на территории, занимаемой сооружениями по очистке сточных вод, и на территориях, прилежащих к очистным сооружениям сточных вод, также в результате реализации способа получают экологически безвредный продукт, который возможно использовать в дорожном строительстве, в городском хозяйстве , а также в сельском хозяйстве для подщелачивания кислых почв.

Техническим результатом заявляемого изобретения является последовательность реализации стадий обработки осадков и углеродсодержащих (органических) отходов сточных вод, с учетом формирования наилучших условий для термического воздействия на осадки сточных вод, и достижением оптимальных температурных эффектов с возможностью рекуперации тепловой энергии и снижения расхода топлива.

Технический результат достигается тем, что сначала компоненты осадков сточных подвергают специальной подготовке, отбросы с решеток дробят, затем обезвоживают, активный ил обезвоживают, обезвоживание реализуют с использованием механического оборудования до влажности от 85% до 72%, использование мехоборудования для обезвоживания позволяет ускорить процесс, а также сократить выбросы летучих дурнопахнущих веществ в атмосферу, далее обезвоженные осадки сточных вод направляют в бункер приема обезвоженного осадка, оборудованный системой вентиляции и винтовыми конвейерами, установленными на дне бункера для перемешивания осадка. Перемешивание (ворошение) осадка предотвращает процессы брожения, облегчает дальнейшую транспортировку и подачу в принимающую воронку дозирующего винтового насоса, установленного непосредственно под бункером и предназначенного для транспортировки порций обезвоженного осадка в лопастную сушильную установку. Конструкция данного вида сушилки достаточно проста. Основными элементами сушильной установки являются жёсткий корпус с интегрированной рамой, два вращающихся в противоположном направлении полых вала со специальными клиновидными лопастями, разделяющими осадок на отдельные фракции, соприкасающиеся с горячей газовой средой, имеющей температуру не менее 105°С и крышка. Лопастные сушилки производятся в широком диапазоне производительностей и хорошо зарекомендовала себя в практике сушки осадка. Специфика внутреннего устройства лопастной сушилки позволяет сократить ее габариты, что является важным, так как, как правило, площадь земельного участка, используемого очистными сооружениями ограничена. Подогрев осадка производят путем теплопередачи от теплоносителя через металлический барьер. В качестве теплоносителя применяют диатермическое масло, имеющее повышенную стойкость к старению, отличающиеся высокой температурной стабильностью и позволяющее получать более высокие температуры рабочей среды при низких давлениях, что значительно сокращает производственные затраты на поддержание температуры диатермического масла и повышает эффективность системы в целом. Диатермическое масло подготавливают путем его подогрева до 200-250°С в зависимости от условий эксплуатации технологии по двум вариантам. Первый вариант предусматривает подогрев диатермического масла в термомасляной котельной, этот вариант используют при запуске технологического комплекса К-ТУО в работу, или в периоды, когда рекуперированного тепла от сжигания осадка недостаточно для процесса сушки осадка (как показали практические исследования, такая ситуация встретится крайне редко). Основными узлами термомасляной котельной является котел, состоящий из 2-х следующих друг за другом цилиндрических змеевиков, которые размещены в одной камере сгорания и циркуляционного насоса, подающего нагретый теплоноситель к установке лопастной сушилки и теплообменнику продувочного воздуха. По второму варианту подогрев диатермического масла производят в процессе постоянной работы технологического комплекса, за счет рекуперации тепловой энергии установки сжигания. Предлагаемая схема подготовки диатермического масла в процессе функционирования технологического комплекса К-ТУО позволяет значительно снизить расходы на топливо, так как тепловая энергия сгорания осадков сточных вод, как показывает проведенный пилотный эксперимент, осуществляется при температуре от 650°С до 850°С и позволяет поддерживать температуру диатермического масла достаточную для сушки осадка в лопастной сушилке. Высушивание осадка в лопастной сушилке производят до влажности от 10% до 30%. В процессе сушки осадка образуются испарения, состоящие из испаренной влаги, нагретого продувочного воздуха и пылевой фракции высушенного осадка. Для удаления испарений внутрь корпуса лопастной сушилки осуществляют подачу нагретого воздуха, испарения перемещаются в канал для отвода через выпускное отверстие, находящееся в середине крышки, устроенной на корпусе лопастной сушилки направляют сначала на сухую газоочистку в блок механической очистки - инерционные циклоны, в которых происходит осаждение механических примесей из испарений а затем испарения попадают на очистку в газопромыватель (скруббер Вентури), в котором происходит конденсация паров и мокрая очистка от мелких фракций пыли. В скруббере используется техническая вода, циркулирующая по закрытому контуру и подаваемая насосом на распылители, загрязненная вода после газопромывателя направляют на очистные сооружения канализации или для сжигания в ротационный инсинератор, в узел приема жидких отходов, очищенные испарения отводят из скруббера через специальный вентилятор, который также служит для создания небольшого разряжения в системе лопастной сушилки, что обеспечивает гарантии того, что испарения не cмогут миновать сооружения газоочистки. Высушенный осадок выводят из лопастной сушилки через отверстие, устроенное в конце лопастной сушилки, при этом, пересыпаясь через специальный барьер в конце лопастной сушилки, высушенный осадок может быть подвергнут формовке в виде гранул размерами 0,5 на 0,5 см., размер гранул является оптимальным и установлен в процессе проведения исследований. При размере гранул выше указанного, впоследствии, при их сжигании может происходить не полное озоление осадка, что проявляется наличием в центре гранул осадка морфологически сходного с высушенным. Далее высушенный гранулированный или сыпучий осадок сточных вод направляют в винтовой конвейер для транспортировки к установке сжигания, в ротационный инсинератор, который состоит из двух камер: камеры сжигания и камеры дожига отходящих газов. Сначала высушенный осадок сточных вод подают в загрузочный модуль, далее дозировано, с помощью системы шнековой подачи направляют в узел загрузки осадка, из которого высушенный гранулированный или сыпучий осадок сточных вод направляют в винтовой конвейер для транспортировки в камеру сжигания ротационного инсинератора, представляющей собой вращающийся барабан, при этом температуру в камере сжигания следует поддерживать от 550°С до 800°С, при достижении температуры 650°С горелки автоматически отключаются. Выгрузку золы из зольного бункера осуществляют с помощью шнекового транспортера и направляют в охладитель, из которого золу винтовым конвейером транспортируют В процессе горения осадок перемещается в выгрузной зольный бункер, при этом выгрузку золы из зольного бункера осуществляют с помощью шнекового транспортера и направляют в охладитель, принцип действия которого основан на кондуктивном методе передачи тепловой энергии, охлаждающей жидкости, в данном случае используется циркулирующая техническая вода. Из охладителя золу винтовым конвейером транспортируют к установке загрузки биг-бэгов. Отходящие газы, образующиеся в процессе сжигания осадков сточных вод под действием разряжения поступают в камеру дожигания отходящих газов, оснащенную собственным горелочным устройством, где находятся не менее двух секунд при температуре от 850 до 950°С. Температурная разница в камере сжигания и в камере дожигания газа должна составлять около 200°С, что продиктовано конструктивными особенностями ротационного инсинератора. При достижении температуры в камере дожигания газа более 9000С, горелки камеры дожигания газа автоматически выключаются. Поддержание температуры в камере сжигания более 700-800°С технологически и экономически не целесообразно, так как разница температур между камерой сжигания ротационного инсинератора и камерой дожига отходящих газов должна быть около 200°С, следовательно, повышение температуры в камере сжигания повлечет повышение температуры и в камере дожига. Значимым в предлагаемом способе является то, что после искусственного воспламенения осадка в камере горения происходит горение осадка в дальнейшем без дополнительного поступления теплоты от внешних источников, за счет высокой теплоемкости осадка.

После камеры дожигания газа, раскаленные газы направляют через теплообменник, в котором происходит нагрев диатермического масла, используемого в качестве теплоносителя для лопастной сушилки. Для реализации процесса нагрева диатермического масла происходит его циркуляция по замкнутому контуру: рекуператор ротационного инсинератора - лопастная сушилка - рекуператор ротационного инсинератора. Охлажденные газы после теплообменного оборудования попадают по системе дымоходов в газоочистную установку (ГОУ) сухого типа, представленную циклонными фильтрами, системой впрыска сорбента, рукавными (тканевыми) фильтрами и угольными адсорберами, после чего очищенные дымовые газы направляют через дымосос в дымовую трубу для рассеивания в атмосфере. После вышеописанных этапов газоочистки отходящие газы в атмосферу по своему составу безопасны для человека и к окружающей среде.

Также на достижение технических результатов влияет то, что при наличии в сточных водах жиров, в концентрациях, нецелесообразных для реализации технологии производства технического жира или при необходимости повысить теплоемкость осадков сточных вод, жиры сначала выделяют из сточных вод на флотаторе в качестве флотошлама влажностью 96-97%. Флотошлам направляют в резервуар накопитель - усреднитель, в который направляют также другие жировые потоки от произвлодственных процессов. В накопителе-усреднителе происходит усреднение концентрации жиромассы из резервуара накопителя-усреднителя, жиромасса поступает в мацератор, в котором происходит измельчение грубодисперсных примесей, из мацератора однородная жиромасса поступает через приёмную емкость в узел приема жидких отходов ротационного инсинератора.

Также на достижение технических результатов влияет то, что при наличии в сточных водах нефтепродуктов, в концентрациях нецелесообразных для реализации технологии восстановления нефти или при необходимости повышения теплоемкости осадков сточных вод, их отделяют в нефтеловушке, затем нефтешлам направляют в сырьевую емкость, оборудованную системой подогрева, циркуляции и погружными мешалками для предотвращения седиментации взвешенных веществ и слеживания осадка, затем, согласно патента №2 8276 снижают влажность нефтешлама, затем подают его через приёмную емкость в узел приема жидких отходов ротационного инсинератора.

Также на достижение технических результатов влияет то, что при наличии на промпредприятии нефтепродуктов в качестве отхода производства их направляют в сырьевую емкость, оборудованную системой подогрева и циркуляции и подают его через приёмную емкость в узел подачи топлива в камеру дожига отходящих газов ротационного инсинератора, что позволит экономить топливо для поддержания температуры в камере дожига отходящих газов.

Также на достижение технических результатов влияет то, что при наличии в схеме очистки сточных вод первичных отстойников, ацидофикаторов и других сооружений, предназначенных для выделения сырого осадка, сырой осадок соединяют с избыточным илом для совместного обезвоживания и далее для совместной утилизации согласно заявляемого способа.

Также на достижение технических результатов влияет то, что при наличии на промпредприятии углеродсодержащих (органических) отходов влажностью менее 80%, указанные отходы подают непосредственно в приемный узел камеры сжигания ротационного инсинератора.

Учитывая изложенное выше с раскрытой причинно-следственной связью между совокупностью признаков заявляемого изобретения и достигаемыми техническими результатами, можно утверждать, что задача, поставленная в основу создания способа термической утилизации осадков сточных вод в технологическом комплексе К-ТУО, решена полностью, так как использование изобретения за счет логически обоснованной последовательности стадий обработки позволяет обеспечить экологизацию функционирования станций очистки производственных и городских сточных вод за счет снижения антропогенной нагрузки по необработанным осадкам и снижения потребления топлива при термической обработки осадков и производственных отходов, что обеспечит улучшение экологической ситуации на территории, занимаемой сооружениями по очистке сточных вод, и на территориях, прилежащих к очистным сооружениям сточных вод а также получения продукта, используемого в городском и дорожном строительстве а также в сельском хозяйстве.

На фиг. 1 представлена технологическая схема реализации способа термической утилизации осадков сточных вод в технологическом комплексе К-ТУО.

Условные обозначения:

1. Приемная емкость избыточного активного ила;

2. Цех обезвоживания избыточного активного ила;

3. Приемная емкость отбросов с решеток и/или другого оборудования процеживания;

4. Цех дробления и обезвоживанию отбросов;

5. Бункер приема обезвоженных осадка и отбросов;

6. Винтовой дозирующий насос;

7. Лопастная сушильная установка;

8. Термомасляная котельная;

9. Блок механической очистки испарений от лопастной сушилки;

10. Газопромыватель (скруббер Вентури);

11. Канализационные очистные сооружения;

12. Вентилятор;

13. Формовочный аппарат;

14. Винтовой конвейер подачи гранул из формовочного аппарата в узел загрузки камеры сжигания ротационный инсинератора

15. Ротационный инсинератор;

16. Зольный бункер;

17. Шнековый транспортера горячей золы;

18. Охладитель;

19. Винтовой конвейер транспортировки охлаждённой в биг-бэги;

20. Биг-бэг;

21. Камера дожигания газа;

22. Теплообменное оборудование для нагрева диатермического масла;

23. Система дымоходов;

24. Газоочистная установку (ГОУ) сухого типа;

25. Дымовая труба.

Осуществление изобретения представлено в одном из возможных вариантов его использования.

Способ осуществляют следующим образом.

Избыточный активный ил сооружений биологической очистки городских или производственных сточных вод направляют в приемную емкость избыточного активного ила (1) и далее подают в цех обезвоживания избыточного активного ила (2). Отбросы с решеток и/или другого оборудования процеживания направляют в приемную емкость отбросов с решеток и/или другого оборудования процеживания (3) и далее их направляют в цех дробления и обезвоживанию отбросов (4). Обезвоженные активный ил и отбросы влажностью от 72 до 85% объединяют в бункере приема обезвоженного осадка (5) и подают в принимающую воронку дозирующего винтового насоса (6) и транспортируют в лопастную сушильную установку (7) в которой непосредственно производится сушка осадка при температуре не менее105°С, создание необходимой температуры осуществляется путем теплопередачи от теплоносителя - диатермического масла, нагретого до 200 - 250°С, которое при запуске технологического процесса нагревают в термальной котельной (8), а в процессе эксплуатации технологического процесса нагревают в теплообменном оборудовании (22), образующиеся в процессе сушки испарения от лопастной сушилки отводят в блок механической очистки испарений (9), и затем в газопромыватель (скруббер Вентури) (10), в скруббере используется техническая вода, циркулирующая по закрытому контуру, загрязненную воду после газопромывателя (10) направляют на очистные сооружения сточных вод (11) или в ротационный инсинератор через узел приема жидких отходов (15). Очищенные испарения покидают скруббер через вентилятор (12), который служит для создания небольшого разряжения в системе сушилки. Высушенный осадок с зольностью 10 -30% подают в формовочный аппарат (13) для формирования гранул оптимального для дальнейшего размера 0,5х0,5 см. Из формовочного аппарата гранулы отправляют на винтовой конвейер (14), транспортируют в загрузочный модуль и направляют в узел загрузки камеры сжигания ротационный инсинератора (15). Сжигание реализуют при температуре от 550°С до 800°С. Далее в процессе горения гранулы перемещают в выгрузной зольный бункер (16), выгрузку золы из зольного бункера (16) осуществляют с помощью шнекового транспортера горячей золы (17) и направляют в охладитель (18), из охладителя (18) винтовым конвейером (19) охлаждённую золу транспортирует установке загрузки биг-бэгов (20). Образующиеся в процессе сжигания осадков сточных вод отходящие газы под действием разряжения поступают в камеру дожигания газа и дожигаются при температуре 850 до 950°С (21). После камеры дожигания (21) раскаленные газы направляют через теплообменное оборудование (22), в котором происходит нагрев диатермического масла до 220 - 250°С, которое после нагрева направляют в лопастную сушилку (7), охлажденные газы после теплообменного оборудования (22) направляют по системе дымоходов (23) в газоочистную установку (ГОУ) сухого типа (24), после чего очищенные дымовые газы направляют через дымосос в дымовую трубу (25) для рассеивания в атмосфере.

Результаты проведения пилотных испытаний

Для пояснения реализации способа и доказательства решения поставленных задач приводим пример осуществления заявленного способа термической утилизации осадков сточных вод в технологическом комплексе К-ТУО.

Исследованию подвергали смесь избыточного активного ила и сырого осадка из первичных отстойников Адлерских сооружений очистки городских сточных вод. После обезвоживания влажность осадка составила 78%. Обезвоженный осадок был высушен в лопастной сушилке. Внешний вид формованного в виде гранул высушенного осадка представлен на фиг. 2. Физические характеристики осадка представлены в таблице 1. В таблице 2 представлен элементный состав отхода.

Таблица 1 - Физические характеристика высушенного осадка

№п/п Наименование определяемого показателя Единицы измерения Результат измерения 1 Влажность % 10,21 2 Зольность % 19,0 -21,1

Таблица 2 - Расчетный элементный состав высушенного осадка

Наименование отхода С, % H, % O, % N, % S, % Cl, % W, % A, % Q,
ккал/кг Cp, Дж/(кг×°
С) Активный ил, влажность 20% 29,154 3,665 21,383 0,353 0,088 0,040 20,000 25,357 2585 2 400

Где, С, H, O, N, S, Cl, W, A - содержание углерода, водорода, кислорода, азота, серы, хлора в отходе, влажность и зольность отхода;

Q - низшая теплота сгорания смеси отходов, ккал/к.

Гранулы высушенного осадка направлены для исследования эффективности процессов сжигания на производственную площадку ООО «ЭКО-СПЕКТРУМ» г. Краснодара, где установлен пилотный ротационный инсинератор (фиг.3).

На фиг. 4 представлена схема ротационного инсинератора, установленная на автоматическом блоке отображения и регулирования температуры горения. На данной фигуре отображён момент времени, при котором температура сжигания и дожига была достигнута при отключенных горелках, за счет выделяемой теплоты сгорания.

На фиг. 5 представлен процесс горения во внутренней камере ротационного инсинератора.

Согласно результатам исследований было установлено, что в процессе горения осадка наблюдался рост температуры в камере горения от 500°С до 800°С, в камере дожига газа от 763°С до 913°С.

На выходе из газоотводной трубы до системы газовой очистки дымовые газы слабо визуализировались, что свидетельствует об оптимальной степени загрузки в камеру сжигания ротационного инсинератора в количестве 6 кг каждые 4 часа. При повышении количества загружаемого осадка цвет дымовых газов изменился на более темный, что позволило визуально обозначить предел загрузки в ротационный инсинератор сжигаемого материала.

Внешний вид полученного зольного осадка представлен на фиг. 6.

В таблице 3 представлены данные по анализу зольного остатка.

Таблица 3 - Данные по анализу зольного остатка

№п/п Наименование
определяемого показателя Еденицы измерения Результат измерения 1 Влажность % - 2 Зольность (при сжигании
гранул длиной 10 мм) % 96,0 3 рН водной вытяжки Ед. рН 10,2 4 Индекс токсичности без разбавления 99,6 (сильно токсичен) 5 Индекс токсичности при разбавлении в 10 раз 0 6 Оксид фосфора (Р2О5) % Водораствор. вытяжка 0,003
Кислотная вытяжка 11,6 7 Алюминий % Водораствор. вытяжка -
Кислотная вытяжка -8,1 8 Хлориды % Водораствор. вытяжка 0.0012
Кислотная выт. - 9 Сульфаты % Водораствор. вытяжка 0.0590
Кислотная выт. - 10 Сера % Водораствор. вытяжка 0.78
Кислотная выт. - 11 Нитраты % Водораствор. вытяжка 0.0071
Кислотная выт. - 12 Калий % Водораствор. вытяжка 0.070
Кислотная выт. - 13 Натрий % Водораствор. вытяжка 0,718
Кислотная вытяжка 14 Магний % Водораствор. вытяжка 0.067
Кислотная выт. - 15 Кальций % Водораствор. вытяжка 0.304
Кислотная выт. - 16 Марганец % Водораствор. вытяжка 0.000052
Кислотная выт. -0.03 17 Медь % Водораствор. вытяжка 0.0000009
Кислотная выт. -0,02 18 Никель % Водораствор. вытяжка 0.000005
Кислотная выт. - 0,02 19 Железо общ % Водораствор. вытяжка 0.00005
Кислотная выт. -0,46 20 Нерастворимый осадок % Водораствор. вытяжка -
Кислотная выт. - 54,87

Анализ результатов таблицы 3 свидетельствует о наличии микробиологической токсичности за счет высокого значения рН, что позволяет вносить зольный остаток для подщелачивания кислых почв, использовать в дорожном строительстве и корректировки ландшафтов.

Анализ физического зольного остатка позволил установить, что при сжигании крупных гранул длиной 1,0 и более см, в остатке наблюдались фрагменты гранул с содержанием недоженного осадка внутри, при этом при гранулах длиной 5 мм и менее, такого эффекта не наблюдалось. В связи с чем рекомендовано при формовке осадка выполнять гранулы, длиной не более 0,5 см и диаметром не более 0,5 см. Также возможно сжигание осадка в сыпучем, не гранулированном виде.

Изобретение относится к области переработки многокомпонентных осадков биологической очистки городских и производственных сточных вод: отбросов с решеток или с другого оборудования процеживающего типа, сырого осадка, флотошлама, жиро- и нефтесодержащих компонентов с отстойников специального назначения, избыточного активного ила, также углеродсодержащих (органических) отходов промпредприятий влажностью менее 80%. Реализация заявляемого изобретения определяется логически обоснованной последовательностью стадий обработки осадков и углеродсодержащих (органических) отходов сточных вод, включающей стадии обезвоживания, сушки и сжигания с учетом формирования наилучших условий для термического воздействия на осадки сточных вод, и достижением оптимальных температурных эффектов с возможностью рекуперации тепловой энергии сжигания в ротационном инсинераторе для нагрева диатермического масла, являющего теплоносителем процесса сушки в лопастной сушилке. При этом достигается стабильность реализации технологического процесса и надежность получения однофракционного обработанного осадка в виде золы 4 или 5 класса опасности. Выбросы в атмосферу газообразных продуктов сжигания не содержат концентрации компонентов, превышающих ПДК. Использование предлагаемого способа обеспечивает улучшение экологической ситуации на территории, занимаемой сооружениями по очистке сточных вод, и на территориях, прилежащих к очистным сооружениям сточных вод, также в результате реализации способа получают экологически безвредный продукт, который возможно использовать в дорожном строительстве, в городском хозяйстве, а также в сельском хозяйстве для подщелачивания кислых почв. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.

1. Способ термической утилизации осадков сточных вод в технологическом комплексе К-ТУО, характеризующийся тем, что сначала компоненты осадков сточных вод подвергают подготовке, а именно отбросы с решеток дробят, затем обезвоживают, активный ил обезвоживают, обезвоживание реализуют с использованием механического оборудования до влажности от 72% до 85%, далее обезвоженные канализационные осадки направляют в бункер приема обезвоженного осадка, оборудованный системой вентиляции и винтовыми конвейерами, установленными на дне бункера для перемешивания осадка и подачи в принимающую воронку дозирующего винтового насоса, установленного непосредственно под бункером и предназначенного для транспортировка порций обезвоженного осадка в лопастную сушильную установку, оборудованную двумя полыми валами, вращающимися в противоположных направлениях и оснащёнными специальными клиновидными лопастями, разделяющими осадок на отдельные фракции, соприкасающиеся с горячей газовой средой, имеющей температуру не менее 105°С, подогрев среды производят путем теплопередачи от теплоносителя через металлический барьер, в качестве теплоносителя применяют диатермическое масло температурой 200-250°С, которое подготавливают в зависимости от условий эксплуатации технологии по двум вариантам, первый вариант предусматривает подогрев диатермического масла в термомасляной котельной, этот вариант используют при запуске технологического комплекса К-ТУО в работу или в периоды, когда рекуперированного тепла от сжигания осадка недостаточно для процесса сушки осадка, по второму варианту подогрев диатермического масла производят в процессе постоянной работы технологического комплекса за счет рекуперации тепловой энергии установки сжигания, высушивание осадка производят до влажности от 10% до 30%, в процессе сушки осадка образуются испарения, состоящие из испаренной влаги, нагретого продувочного воздуха и пылевой фракции высушенного осадка, для удаления испарений внутрь корпуса лопастной сушилки осуществляют подачу нагретого воздуха, испарения перемещаются в канал для отвода через выпускное отверстие, и направляют сначала на сухую газоочистку в блок механической очистки - инерционные циклоны, в которых происходит осаждение механических примесей из испарений, а затем испарения попадают на очистку в газопромыватель, в котором происходит конденсация паров и мокрая очистка от мелких фракций пыли, в скруббере используется техническая вода, циркулирующая по закрытому контуру и подаваемая насосом на распылители, загрязненную воду после газопромывателя направляют на очистные сооружения канализации или для сжигания в ротационный инсинератор, очищенные испарения отводят из скруббера через специальный вентилятор, который также служит для создания необходимого разрежения в системе лопастной сушилки, высушенный осадок выводят из лопастной сушилки через отверстие, устроенное в конце лопастной сушилки, при этом, пересыпаясь через специальный барьер в конце лопастной сушилки, высушенный осадок может быть подвергнут формовке в виде гранул размерами 0,5 на 0,5 см, далее высушенный гранулированный или сыпучий осадок сточных вод направляют в винтовой конвейер для транспортировки к установке сжигания, в ротационный инсинератор, который состоит из двух камер: камеры сжигания и камеры дожига отходящих газов, сначала высушенный осадок сточных вод подают в загрузочный модуль, далее дозированно с помощью системы шнековой подачи направляют в узел загрузки осадка, из которого высушенный гранулированный или сыпучий осадок сточных вод направляют в винтовой конвейер для транспортировки в камеру сжигания ротационного инсинератора, представляющую собой вращающийся барабан, в процессе горения осадок перемещается от входа к выходу камеры сжигания к зольному бункеру, при этом температуру в камере сжигания следует поддерживать от 550 до 800°С, при достижении температуры 650°С горелки автоматически отключаются, выгрузку золы из зольного бункера осуществляют с помощью шнекового транспортера и направляют в охладитель, из которого золу винтовым конвейером транспортируют к установке загрузки биг-бэгов, отходящие газы, образующиеся в процессе сжигания осадков сточных вод под действием разрежения, создаваемого вентилятором, поступают в камеру дожигания отходящих газов, оснащенную собственным горелочным устройством, где находятся не менее двух секунд при температуре от 800 до 950°С, при достижении температуры в камере дожигания газа более 900°С горелки камеры дожигания газа автоматически выключаются, после камеры дожигания газа раскаленные газы направляют через теплообменник, в котором происходит нагрев диатермического масла, охлажденные газы после теплообменного оборудования попадают по системе дымоходов в газоочистную установку сухого типа, представленную циклонными фильтрами, системой впрыска сорбента, рукавными фильтрами и угольными адсорберами, после чего очищенные дымовые газы направляют через дымосос в дымовую трубу для рассеивания в атмосфере.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что, при наличии в сточных водах жиров, жиры сначала выделяют из сточных вод на флотаторе в качестве флотошлама влажностью 96-97%, который направляют в резервуар накопитель-усреднитель, в который направляют также другие жировые потоки от производственных процессов жиромассы, из резервуара накопителя-усреднителя жиромасса поступает в мацератор, в котором происходит измельчение грубодисперсных примесей, из мацератора однородная жиромасса поступает через приёмную емкость в узел приема жидких отходов ротационного инсинератора.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что при наличии в сточных водах нефтепродуктов их отделяют в нефтеловушке, затем нефтешлам направляют в сырьевую емкость, оборудованную системой подогрева, циркуляции и погружными мешалками для предотвращения седиментации взвешенных веществ и слеживания осадка, затем снижают влажность нефтешлама, затем подают его через приёмную емкость в узел приема жидких отходов ротационного инсинератора.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что при наличии на промпредприятии нефтепродуктов в качестве отхода производства их направляют в сырьевую емкость, оборудованную системой подогрева и циркуляции, и подают через приёмную емкость в узел подачи топлива в камеру дожига отходящих газов ротационного инсинератора, что позволит экономить топливо для поддержания температуры в камере дожига отходящих газов.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что при наличии в схеме очистки сточных вод первичных отстойников, ацидофикаторов и сооружений, предназначенных для выделения сырого осадка, сырой осадок соединяют с избыточным илом для совместного обезвоживания и далее для совместной утилизации согласно заявляемому способу.

6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что при наличии на промпредприятии углеродсодержащих отходов влажностью менее 80% указанные отходы подают непосредственно в приемный узел камеры сжигания ротационного инсинератора.