Машина для обезвоживания осадка: типы, принципы работы и руководство по выбору

Что за Машина для обезвоживания осадка Делает и почему это важно

Машина для обезвоживания осадка снижает содержание воды в осадке, образующемся при очистке сточных вод, промышленных процессах и муниципальных системах, превращая перекачиваемую жижу в полутвердый осадок, который можно транспортировать, закапывать, компостировать или сжигать за небольшую часть затрат на обработку жидкого ила. Основная цель состоит в том, чтобы как можно более агрессивно сократить общий объем осадка, поскольку содержание воды обычно составляет 95–99% сырого осадка по весу перед обезвоживанием.

Уменьшение объема осадка напрямую снижает затраты на его утилизацию. Муниципальная станция очистки сточных вод, производящая 10 000 тонн осадка в год при влажности 97 %, может сократить этот объем до менее 1 500 тонн кека при влажности 75 %, сокращая транспортировку, плату за вывоз на свалку и расход топлива для сжигания более чем на 80 %. Именно этот экономический фактор объясняет, почему оборудование для обезвоживания представляет собой одну из самых рентабельных капиталовложений в инфраструктуру управления осадком.

Машины используются в очистке муниципальных сточных вод, производстве продуктов питания и напитков, на бумажных и целлюлозных фабриках, при переработке отходов горнодобывающей промышленности, фармацевтическом производстве и химической переработке — везде, где требуется разделение твердой и жидкой фаз в больших масштабах.

Основные типы машин для обезвоживания осадка

Активно используется несколько технологий обезвоживания, каждая из которых работает на разных физических принципах и подходит для разных типов осадка, требований к производительности и целевых показателей конечной сухости кека.

Ленточный фильтр-пресс

В ленточном фильтр-прессе используются две непрерывно движущиеся пористые ленты, которые помещают кондиционированный ил в слои и постепенно продавливают его через ряд роликов уменьшающегося диаметра. Процесс имеет три зоны: самотечный дренаж, где свободная вода попадает через нижний пояс; зона клина, где ремни сходятся и начинают оказывать давление; и зону давления, где шлам проходит через S-образные ролики, которые одновременно применяют сдвиг и сжатие. Сухость кека обычно достигает 18–25% сухих веществ. для муниципальных биологических твердых веществ. Ленточные прессы хорошо подходят для непрерывной работы в больших объемах и имеют относительно низкое энергопотребление, но требуют значительного количества промывочной воды для поддержания чистоты лент и чувствительны к волокнистому или абразивному осадку, который ускоряет износ лент.

Центрифуга-декантер

В центрифужных декантерах используются высокие скорости вращения — обычно 2000–4000 об/мин , генерирующая центробежные силы 1500–3000 × g — для ускорения седиментации. Шлам подается в горизонтальную вращающуюся чашу; более тяжелые твердые частицы мигрируют к стенке чаши и непрерывно транспортируются к выпускному отверстию внутренним шнековым конвейером, вращающимся с немного другой скоростью (дифференциальной скоростью). Осветленный фугат выходит с противоположного конца. Центрифуги обеспечивают более высокую сухость кека, чем ленточные прессы, для многих типов осадка — 22–30% сухих твердых веществ в переваренных биологических твердых веществах — и хорошо справляются с переменными концентрациями сырья. Они компактны по сравнению с пропускной способностью, полностью закрыты (важно для контроля запаха) и требуют минимального внимания оператора, но имеют более высокое энергопотребление и более сложное обслуживание, чем системы на ленточном транспортере.

Винтовой пресс

Винтовой пресс подает ил в цилиндрическую сетчатую корзину, через которую медленно вращается винтовой шнек — обычно со скоростью 2–5 об/мин . По мере продвижения осадка вдоль шнека шаг уменьшается, а противодавление увеличивается, прижимая осадок к конусообразной концевой пластине сопротивления. Фильтрат непрерывно стекает через сито. Винтовые прессы работают на очень низких скоростях вращения, что обеспечивает низкий уровень шума, низкое энергопотребление и минимальный износ. Их все чаще предпочитают использовать на предприятиях малого и среднего масштаба, особенно на предприятиях пищевой промышленности, бумажных фабриках и предприятиях по переработке упаковки, где простота и низкие эксплуатационные расходы перевешивают умеренную сухость кека (обычно 15–22 % сухих веществ) по сравнению с центрифугами.

Фильтр-пресс (плита и рама)

Фильтр-пресс представляет собой машину периодического действия, состоящую из ряда утопленных полипропиленовых пластин, снабженных фильтровальной тканью. Шлам закачивается в камеры между пластинами при постепенно возрастающем давлении — до 15–16 бар в версиях с мембраной высокого давления — пропускание фильтрата через ткань, в то время как твердые частицы накапливаются в виде кека. Когда камеры заполняются, пресс автоматически открывается и жмых падает с пластин. Фильтр-прессы обеспечивают самую высокую степень сухости кека среди всех технологий обезвоживания — 35–50 % сухих веществ достигается при использовании мембранных пластин, что делает их предпочтительным выбором, когда последующая термическая сушка или сжигание требуют минимального содержания влаги. Периодический цикл и необходимость стирки и обслуживания ткани являются основными эксплуатационными компромиссами.

Роль химического кондиционирования в эффективности обезвоживания

Практически все механические обезвоживающие машины работают значительно лучше, если осадок предварительно химически кондиционируется. Сырой ил — особенно активный ил от биологической очистки — состоит из мелких коллоидных частиц с сильными отрицательными поверхностными зарядами, которые отталкивают друг друга и удерживают воду в стабильной гелеобразной матрице. Без кондиционирования частицы проходят через фильтрующий материал, и связанная вода не может быть удалена механически.

Полимерные флокулянты — чаще всего катионные полиакриламиды — дозируются в линию подачи осадка перед обезвоживающей машиной. Полимер нейтрализует поверхностный заряд частиц ила, позволяя им объединяться в более крупные хлопья, которые выделяют связанную воду и удерживаются фильтрующим материалом. Доза полимера обычно составляет от 4 до 12 кг активного полимера на тонну сухого вещества. , в зависимости от происхождения осадка, содержания летучих твердых веществ и используемой технологии обезвоживания.

Оптимизация кондиционирования является одним из наиболее экономически эффективных рычагов, доступных операторам предприятий. Недостаточная дозировка оставляет сухость кека ниже потенциальной; передозировка приводит к потере полимера и может привести к образованию липкого осадка, который ухудшит разгрузку ленты или шнека. Любому полномасштабному монтажу должны предшествовать испытания в банках и пилотные испытания по обезвоживанию с использованием потенциальных полимеров, чтобы установить оптимальную кривую зависимости «доза-эффект» для конкретного обрабатываемого осадка.

Ключевые параметры производительности, которые необходимо указать и измерить

Выбор и оценка машины для обезвоживания осадка требует ясности в отношении основного набора показателей производительности. Эти параметры определяют, соответствует ли машина своим технологическим задачам, и должны быть указаны в контракте для любых капитальных закупок.

• Содержание сухих веществ в кеке (%DS): Процент сухих веществ в обезвоженном кеке по массе. Более высокий %DS означает меньший вес и объем кека для утилизации. Целевые значения зависят от последующего процесса: на свалках обычно требуется >20% сухих веществ, совместное сжигание часто требует >25% сухих веществ, а на некоторых операциях по компостированию допускается 18–22% сухих веществ.
• Степень улавливания твердых частиц (%): Процент поступающих твердых частиц, которые попадают в осадок, а не в фугат или фильтрат. Значения ниже 90–95% указывают на чрезмерные потери твердых частиц в возвратный поток, что увеличивает нагрузку на процесс очистки выше по потоку. Хорошо кондиционированный осадок на правильно работающей центрифуге должен обеспечивать улавливание 95–98%.
• Пропускная способность (кг сухого вещества/час): Масса сухих веществ, перерабатываемых за час при заданной сухости кека и скорости улавливания одновременно. Это является основой для расчета оборудования и должно отражать пиковое производство ила, а не средние нагрузки.
• Расход полимера (кг полимера/тонна СВ): Прямой фактор операционных затрат. Следует измерять в установившихся условиях при номинальной производительности, а не в благоприятных лабораторных условиях.
• Потребление энергии (кВтч/тонна СВ): Особенно важно для центрифуг и фильтр-прессов высокого давления. Затраты на энергию в течение жизненного цикла могут превышать капитальные затраты в течение 15–20 лет срока службы машины.

Как правильно выбрать обезвоживающую машину для вашего применения

Ни одна технология обезвоживания не является оптимальной для всех типов осадка и условий эксплуатации. Выбор должен осуществляться на основе структурированной оценки следующих факторов.

Характеристики осадка

Происхождение осадка определяет его обезвоживаемость. Первичный ил (осажденные сырые твердые вещества) обезвоживается легче, чем активный (биологический) ил, который, в свою очередь, обезвоживается легче, чем смешанный сброженный ил с высоким содержанием летучих твердых веществ. Промышленные шламы сильно различаются: маслянистые шламы нефтехимических процессов, волокнистые шламы бумажных фабрик и неорганические шламы хвостов добычи полезных ископаемых ведут себя по-разному под действием механического давления и центробежной силы. Перед окончательным выбором оборудования необходимо провести лабораторные испытания по обезвоживанию репрезентативных образцов ила.

Требуемая сухость торта

Если после этого планируется термическая сушка или совместное сжигание, максимизация сухости кека имеет прямую выгоду с точки зрения затрат на топливо — увеличение сухого вещества кека на 1% снижает затраты энергии на сушку примерно на 2–3%. . В этом случае более высокие капитальные и эксплуатационные затраты на мембранный фильтр-пресс могут быть полностью оправданы. Если осадок поступает на разбрасывание сельскохозяйственных угодий или компостирование при более низких целевых показателях сухости, шнековый или ленточный пресс могут обеспечить достаточную производительность при меньших затратах.

Доступные размеры и ограничения при установке

Центрифуги и шнековые прессы имеют компактные размеры и хорошо подходят для контейнерных или модульных установок. Ленточные фильтр-прессы требуют большей площади пола и свободного пространства над головой для систем отслеживания и промывки ленты. Фильтр-прессы с большим количеством пластин могут иметь значительную длину — до 15–20 метров для агрегатов большой производительности — и требуют значительной несущей способности конструкции в перекрытии здания.

Квалификация оператора и возможности технического обслуживания

Центрифуги и фильтр-прессы требуют более сложного обслуживания, чем винтовые или ленточные прессы. Предприятия с ограниченным количеством обслуживающего персонала или в удаленных местах получают выгоду от простоты и надежности технологии тихоходных винтовых прессов, которая имеет меньше изнашиваемых компонентов и не требует точной балансировки или высокоскоростного обслуживания подшипников.