Особенности сетчатых гравитационных сгустителей ленточного и барабанного типов, применяемых на очистных сооружениях

Сгущение осадков, образующихся в технологических процессах очистки природных и сточных вод, является одним из наиболее эффективных методов снижения их объемного количества и значений влажности. С учетом этого на сооружениях водоочистки различного назначения в России наблюдается устойчивая тенденция к увеличению использования сетчатых гравитационных сгустителей ленточного и барабанного типов. На российском рынке представлено несколько видов сгустителей от отечественных и зарубежных производителей. Каждый из них имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при эксплуатации.

Метод сгущения осадков позволяет значительно сократить затраты при последующей обработке осадков, в первую очередь при их механическом обезвоживании за счет снижения количества рабочего оборудования с одновременным повышением технологической эффективности обезвоживания. Предварительное сгущение осадков сточных вод также эффективно на стадиях их подготовки к обработке в аэробных или анаэробных условиях, а также при обезвоживании на иловых площадках, обеспечивающих снижение рабочего объема сооружений и их габаритных размеров. Осадки, прошедшие стадию сгущения, сохраняют свойства текучести и могут транспортироваться стандартным насосным оборудованием. Сгущение осадков может осуществляться как с исходными жидкими осадками с значением влажности не более 99,5%, так и с предварительно уплотненными в емкостных сооружениях осадками - гравитационных уплотнителях, флотационных установках или др. Процесс сгущения осадков осуществляется с предварительным введением в него рабочего раствора флокулянта /2-4, 15-19/.

Производство сетчатых сгустителей в основном осуществляется предприятиями, занимающимися изготовлением обезвоживающего оборудования, в первую очередь ленточных фильтр-прессов.

Для гравитационного сгущения осадков применяются два типа сетчатых сгустителей, конструктивно различающихся между собой: ленточного и барабанного типов. Принципиальная схема ленточного сгустителя на примере сгустителя серии Power Drain фирмы Andritz представлена на рис. 1 /9/.

На сетчатых сгустителях ленточного типа осадок подается на поверхность фильтровальной ленты и, перемещаясь вместе с лентой, подвергается сгущению за счет фильтрования под действием сил гравитации. С целью интенсификации процесса сгущения над поверхностью ленты устанавливаются рыхлители осадка. Отделение сгущенного осадка от фильтровальной ленты производится ножевым устройством. Для натяжения фильтровальной ленты и предотвращения ее смещения в сторону ленточные сгустители оборудуются системой пневмоцилиндров и комплектуются компрессором. В ряде конструкций ленточных сгустителей система натяжения ленты является механической. Для регенерации фильтровальной ленты технической водой устанавливается промывочный узел с форсунками. Ленточные сгустители конструктивно выполняются в закрытом корпусном исполнении, например, фирмы Andritz, или в открытом исполнении.

В настоящее время на сооружениях систем водоочистки применяются ленточныe сгустители отечественных и зарубежных предприятий-производителей: ЗАО НПФ «Бифар», ЗАО «Дакт-Инжиниринг», ЗАО НПФ «Экотон» (Россия), Andritz (Австрия), Klein, Bellmer, ЕМО, Huber (Германия) и др. /5-11/. В таблице 1 представлены данные по техническим характеристикам ленточных сетчатых сгустителей ряда предприятий-производителей /5-9/.

Ленточные сгустители выпускаются различных уровней производительности, которые в первую очередь зависят от длины зоны фильтрования и ширины фильтровальной ленты, скорости движения фильтровальной ленты, которая может регулироваться в диапазонах 2-14 м/мин., а также от типа и водоотдающих свойств подаваемого на сгущение осадка. Подача воды на промывку фильтровальной ленты производится под давлением 6-10 бар и составляет 1-6 м3/час в зависимости от ширины ленты. Для промывки фильтровальных лент используется техническая вода или фильтрат (система рециркуляции). Давление воздуха, подаваемого в пневмоцилиндры сгустителей от компрессора для регулировки движения фильтровальной ленты, как правило, составляет 8-10 бар, расход воздуха - 1-1,5 м3/час/1, 4-11, 15, 18/.

Ленточные сгустители могут применяться как отдельное устанавливаемое оборудование для предварительного сгущения осадков, например, на очистных сооружениях канализации г. Москвы (производитель - Andritz, поставщик - ЗАО «Дакт Инжиниринг»), г. Уфы (производитель - ЗАО НПФ «Экотон»), так и в комплекте с ленточными фильтр-прессами. Комплектное оборудование отечественных и зарубежных производителей для сгущения и механического обезвоживания осадков в настоящее время нашло широкое применение на очистных сооружениях канализации РФ.

Ленточные сгустители монтируются в комплекте с ленточными фильтр-прессами в двух вариантах: сверху, над ленточным фильтр-прессом, или с последовательной установкой сгустителя и фильтр-пресса друг за другом. В настоящее время ленточные сгустители нашли наиболее широкое применение при поставке в комплекте с ленточными фильтр-прессами, при этом наибольшее количество такого типа оборудования поставляется ЗАО «Дакт Инжиниринг», ЗАО НПФ «Экотон», ЗАО НПФ «Бифар». Также на очистных сооружениях устанавливаются ленточные сгустители зарубежного производства фирм Andritz, Klein, EMO и др. Для примера, на рис. 3 и 4 представлены схемы компоновки сгустителей производства НПФ «Экотон» как отдельно применяемого локального оборудования и в комплекте с ленточным фильтр-прессом /7/.

Как показывает опыт эксплуатации ленточных сгустителей отечественных и зарубежных производителей, они по своей технологической эффективности сопоставимы между собой. Конструктивно сгустители могут различаться между собой системой подачи осадка на сгущение, конструкцией рыхлителей сгущаемого осадка и ножей для отделения сгущенного осадка от ленты, узлов регенерации фильтровальной ленты, системами натяжения фильтровальной ленты и регулировки ее движения, а также шириной и длиной фильтровальной ленты и общими габаритными размерами оборудования /3, 5-11, 15/.

К преимуществам применения ленточных сгустителей можно отнести высокий уровень их производительности при условии применения сгустителей с шириной фильтровальной ленты 2000-3000 мм. С учетом технологических особенностей такого типа оборудования на ленточных сгустителях возможно сгущение предварительно обработанного реагентом осадка с низкой механической прочностью сфлокулированных частиц осадка. К недостаткам ленточных сгустителей относятся: необходимость применения систем для регулировки движения фильтровальной ленты и ее натяжения и применения компрессора и необходимость периодической замены фильтровальной ленты вследствие ее механического износа и деформации в процессе эксплуатации оборудования. Как показывает опыт, при эксплуатации ленточных сетчатых сгустителей, экипированных фильтровальной сеткой шириной более 2000 мм, возможен разрыв фильтровальной сетки по ее центру, что связано с особенностями длительной эксплуатации фильтровальных лент с большим значением их ширины. Отсутствие на ряде конструкций ленточных сгустителей защитных кожухов приводит к увеличению уровня неприятных запахов в производственном помещении.

Барабанные сетчатые гравитационные сгустители принципиально отличаются от сгустителей ленточного типа по своей конструкции. Барабанный сгуститель состоит из горизонтально расположенного цилиндрического барабана с жестко закрепленной на нем фильтровальной сеткой, направляющих спиралей, расположенных внутри фильтровального барабана, кожуха барабана, поддона для сбора и отведения фильтрата, узла регенерации фильтровальной сетки с форсунками, подающего трубопровода исходного осадка, лотка или трубопровода для отведения сгущенного осадка из полости барабана.

Сгущение осадка в сетчатых сгустителях барабанного типа производится за счет подачи осадка во внутреннюю полость вращающегося барабана, обтянутого жестко закрепленной фильтровальной сеткой и его фильтрования под действием сил гравитации, при этом осадок перемещается по внутренней полости барабана и подвергается постоянному рыхлению, что обеспечивает высокую эффективность отделения фильтрата и, соответственно, сгущения. Учитывая конструктивные особенности барабанных сгустителей, применение систем центрирования и натяжения фильтрующей сетки не требуется /1- 4, 15-18/.

Принципиальная схема барабанного сетчатого сгустителя на примере сгустителя серии Z фирмы TES представлена на рис. 2 /13/.

В настоящее время на сооружениях систем водоочистки РФ широкое применение нашли барабанные сетчатые сгустители, изготавливаемые и поставляемые в комплекте с ленточными фильтр-прессами фирмой TES (Словакия). Барабанные сгустители этой фирмы находятся в эксплуатации на очистных сооружениях городов Павловский Посад, Истра, (Московская область), Казань и Альметьевск (Республика Татарстан), Отрадный (Самарская область), Геленджик, промышленных предприятий в г. Ульяновске и в Белгородской области и др. Передвижная установка этой фирмы с барабанным сгустителем и ленточным фильтр-прессом для обезвоживания жидкого осадка с иловых карт эксплуатировалась в Ленинградской области (станция водоподготовки г. Сосновый Бор).

Также находят применение барабанные сгустители фирмы Alfa Laval (Швеция). На Восточной водопроводной станции г. Москвы установлены барабанные сгустители серии Rapidrein, поставленные фирмой Huber (Германия) в комплекте с центрифугами для обезвоживания осадков природных вод. Ленточные фильтр-прессы, изготавливаемые ЗАО НПП «Биотехпрогресс», также комплектуются барабанными сгустителями. Этим предприятием на базе небольшого по производительности барабанного сгустителя и мешочного фильтра выпускаются мешочные сушилки для обезвоживания осадков производительностью 20 кг/час по сухому веществу осадка. Процесс обезвоживания осуществляется в две стадии, включающие сгущение осадка и его последующее обезвоживание в упаковочных емкостях мешочного типа /3, 12-14, 15-18/.

В таблице 2 представлены данные по техническим характеристикам ряда барабанных сетчатых сгустителей /12, 13/.

Производительность барабанных сгустителей зависит от диаметра и длины барабана, числа оборотов его вращения, а также типа и водоотдающих свойств сгущаемых осадков. Для интенсификации процесса сгущения сгуститель фирмы TES дополнительно оборудуется системой для обеспечения вращения барабана в прямоточном или реверсивном режимах.

К преимуществам применения барабанных сгустителей относятся:
- высокая технологическая эффективность процесса, т. к. подаваемый на сгущение осадок находится не в статическом состоянии как на ленточном сгустителе, а в динамическом, и, передвигаясь по полости барабана, постоянно подвергается рыхлению, что способствует более эффективному отделению фильтрата;
- закрытое исполнение такого типа оборудования;
- фильтрующий материал сгустителей выполняется в виде жестко закрепленного цилиндра без воздействия на него механических сил при вращении, что значительно увеличивает срок его эксплуатации;
- отсутствие узлов для натяжения и корректировки движения фильтровального материала.

Как показывает опыт эксплуатации барабанных сгустителей, к недостаткам такого типа оборудования можно отнести ограничение по их гидравлической производительности.

Для примера, на рис. 5, 6 и 7 представлены схемы компоновки сгустителей производства фирмы TES как отдельно применяемого оборудования и в комплекте с ленточным фильтр-прессом. На рис. 8 представлена компоновка барабанного сгустителя этой фирмы в составе мобильной установки.

Для экипировки ленточных и барабанных сгустителей используются стандартные синтетические фильтровальные сетки, применяемые для экипировки ленточных фильтр-прессов, кроме того, барабанные сгустители могут комплектоваться фильтровальными металлическими сетками. Устанавливаемые на сгустители фильтровальные сетки, в зависимости от типа сгущаемого осадка и его свойств, различаются между собой типом синтетического материала, толщиной нитей, размерами ячеек по утку и основе, значениями разрывной нагрузки, воздухопронецаемости и плотности /15, 18/.

В таблицах 3 и 4 представлены обобщенные данные по технологической эффективности работы сетчатых сгустителей в технологических процессах сгущения осадков городских и производственных сточных вод /3, 4, 15,16,18/.

На рис. 9 представлен общий вид сгущенного осадка, содержащего органические загрязнения, на рис. 10 - сгущенного осадка гальванического производства.

Как видно из таблиц, технологическая стадия сгущения осадков сточных вод позволяет значительно снизить объемное количество и значения влажности осадков, подаваемых на последующую обработку, - стабилизацию в аэробных условиях, сбраживание в метантенках, механическое обезвоживание, подсушивание на иловых площадках или др.

Наблюдается устойчивая тенденция к увеличению использования сетчатых гравитационных сгустителей ленточного и барабанного типов в технологических процессах обработки различных категорий осадков на сооружениях водоочистки различного назначения в РФ.

Литература:
1. Туровский И.С., Двинских Е.В., Керин А.С. Обезвоживание осадков сточных вод с применением фильтр-прессов. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989.
2. Аксенов В.И., Гандурина Л.В., Керин А.С. и др. Водное хорзяйство промышленных предприятий, кн. 6. Флокулянты. Справочное пособие. - М.: Теплотехник, 2010.
3. Богатеев И.А., Керин А.С., Керин К.А., Сахно А.П. Разработка, проектирование и реализация систем обработки осадков сточных вод. // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 1.
4. Керин А.С. Обработка и обезвоживание осадков// Национальный каталог. Техника и технологии ЖКХ. Водоснабжение и водоотведение. Теплоснабжение. 2011.
№1.
5. Ленточные фильтр-прессы и сгустители типа ЛФ. // Проспект ЗАО НПФ «Бифар».
6. Сгуститель ленточный коммунальный (СГК). Сгуститель ленточный минеральный (СГМ). // Проспекты ЗАО «Дакт Инжиниринг.
7. Сгустители серии СГ. // Проспект и информационные материалы ЗАО НПФ
«Экотон».
8. Турбо Дрейн. // Проспект фирмы Bellmer.
9. Ленточные сгустители. // Проспект фирмы Andritz.
10. Ленточный сгуститель Omega. // Проспект фирмы ЕМО.
11. Обезвоживание канализационных осадков. // Проспект фирмы Klein.
12. Барабанные сгустители серии AF. // Информационный материал фирмы Alfa- Laval /
13. Ленточные прессы и барабанные сгустители. // Проспект и информационные материалы фирмы «РДП-Технологии-Эко-Сервис».
14. Мешковая сушилка. // Информационный материал ЗАО НПП «Биотехпрогресс».
15. Керин А.С., Нечаев И.А. Ленточные фильтр-прессы и сетчатые сгустители в технологии обработки осадков. // Водоснабжение и санитарная техника. 2005, № 5.
16. Керин А.С., Нечаев И.А. Выбор оптимальных проектных решений для обработки осадков природных вод. // Вода Magazine. 2011. № 12.
17. Подковыров В.П., Звягин К.Е., Дмитриева Ю.С. и др. Опыт работы цеха механического обезвоживания водопроводного осадка на Восточной станции водоподготовки. // Водоснабжение и санитарная техника. 2011. № 3.
18. Керин К.А. Применение сетчатых сгустителей в технологических процессах обработки осадков систем водоочистки.//Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 1. Специальный выпуск.
19. Эпов А.Н. Использование ленточных сгустителей на станциях очистки сточных вод. // Водоснабжение и санитарная техника. 1999. № 8.

Александр Керин, кандидат технических наук, заведующий отделом обработки осадков и технологического аудита ООО «Проектирование Инжиниринг ВОДГЕО»

Журнал «Вода Magazine», №3 (55), 2012 г.