Вода Magazine - Двухстадийная пиролитическая переработка осадка сточных вод

Двухстадийная пиролитическая переработка осадка сточных вод

УДК 628.336.7

В настоящее время проблема переработки отходов жизнедеятельности человека и животных является весьма актуальной. Интерес к ней объясняется отсутствием площадей под захоронение этих отходов, а также тем вредом, который они причиняют окружающей среде. Рассматривается способ решения проблемы утилизации осадков сточных вод (ОСВ), накопленных и вновь поступающих на захоронение. Предложен способ двухстадийной низкотемпературной пиролитической переработки ОСВ. Он позволяет сократить объем осадка и получить из него топливный газ.

Ключевые слова: осадки сточных вод, пиролиз, термохимическая конверсия, синтез-газ, угольный остаток, электрическая и тепловая энергия.

Осадки сточных вод (ОСВ) представляют собой смесь органических веществ, песка, минеральных примесей, воды и др. Наряду с ценными составляющими (соединения углерода, азота, фосфора) в составе осадка присутствуют и токсичные вещества, такие как тяжелые металлы, органические и неорганические кислоты, фенолы, а также патогенная микрофлора. Ввиду своей большой относительной влажности (96-98%) ОСВ имеют большой объем, а, следовательно, занимают огромные площади при их складировании. Механическое обезвоживание на очистных сооружениях частично уменьшает объем осадков, но это не приводит к освобождению площадей.

Из-за ужесточения нормативной базы природоохранного законодательства (снижение предельно допустимых концентраций (ПДК) по тяжелым металлам в утилизируемых осадках) и нехватки площадей под захоронение ОСВ (особенно вблизи крупных городов) приходится искать более щадящие для окружающей среды альтернативные складированию осадков на территории очистных сооружений способы.

Кроме того, исходя из химического состава ОСВ, они имеют наравне с древесиной значительный энергетический потенциал, который в настоящее время не используется (таблица 1).

Альтернативным способом утилизации ОСВ является его анаэробное сбраживание в метантенках с получением биогаза. Теплота сгорания биогаза - 21 - 23 МДж/м3. Получаемый газ применяется в основном для производства тепла. Но в образовавшемся после сбраживания осадке остается неиспользованным до 50% органического вещества и при этом объем осадка снижается всего лишь на 4-6% от исходной массы.

Среди термических методов переработки ОСВ выделяются сжигание, газификация, пиролиз. Технология двухстадийного пиролиза также относится к термическому методу переработки. Высушенные до 10-12% относительной влажности осадки нагреваются в бескислородной среде в реакторе (А) до температуры 600°С. Образовавшиеся конденсируемые и неконденсируемые пиролизные газы проходят через слой нагретого до 1000°С древесного угля. В результате протекания гетерогенных и гомогенных реакций на развитой угольной поверхности образуется синтез-газ, состоящий в основном из СО и Н2. Этот способ термохимической конверсии был изучен на древесине [2], а в данной работе применен к ОСВ. Схема лабораторной установки для исследования процесса пиролитической переработки ОСВ представлена на рис. 1.

Особенность данного способа заключается в том, что удается избавиться от жидкой фракции, которая в случае традиционного пиролиза присутствует. Образуются лишь неконденсируемые пиролизные газы (в данном случае синтез-газ) и угольный остаток. Для экспериментов были взяты осадки сточных вод с Курьяновских и Подольских очистных сооружений зольностью 40% и 32 % соответственно. На рис. 2 представлена зависимость удельного объема выделившихся неконденсируемых пиролизных газов при традиционном пиролизе и двухстадийном пиролизе от температуры нагрева ОСВ.

Объем выделившихся газов в результате двухстадийного пиролиза в 4-5 раз больше объема газов, выделившихся при пиролизе. Из ОСВ, имеющих меньшую зольность (с Подольских очистных сооружений), образовался больший объем синтез-газа. Исходя из этих результатов одним из способов увеличения выхода газа является снижение количества минеральных примесей и песка в осадках сточных вод в процессе очистки сточных вод.

Также различался состав выделявшихся в процессе эксперимента неконденсируемых газов (рис. 3 и 4).

При двухстадийном пиролизе в процессе всего хода экспериментальных исследований состав неконденсируемого пиролизного газа более стабильный. Кроме того, в этом случае практически отсутствует СО2, наличие которого в составе газовой смеси ограничивает ее использова-ие в энергетических машинах. Интегральный химический состав и теплота сгорания полученного в результате двухстадийного пиролиза синтез-газа представлены в таблице 2.

Полученный синтез-газ состоит в основном из Н2 и СО и имеет теплоту сгорания ~ 10 МДж/м3. В этом случае полученный газ может использоваться в качестве топлива, например, для газопоршневых машин.

Исходя из результатов первоначальных экспериментов по исследованию процесса двухстадийного пиролиза ОСВ, можно сделать вывод, что осадки представляют собой материал, который следует активно использовать в энергетических целях. Из 1 кг высушенных осадков образуется до 0,97 м3 синтез-газа с теплотой сгорания ~ 10 МДж/м3. Объем осадков при данной технологии уменьшается в основном за счет их предварительной сушки, но получение энергии осуществляется непосредственно методом двухстадийного пиролиза с последующей подачей синтез-газа в энергетические машины.

В Объединенном институте высоких температур Российской академии наук разработана опытная установка на 50 кг/ч по исходному топливу, работающая по принципу двухстадийного пиролиза. В качестве топлива в ней используется древесина. Вырабатываемая электрическая мощность составляет 50 кВт. Такого рода установки для ОСВ в качестве топлива еще не созданы, но в настоящее время это является одной из приоритетных задач.

Литература:
1. М.С. Анцыферов, М.П. Вукалович и др. Справочник машиностроителя // - М.: МАШГИЗ. 1960. Том 2. 740 с.
2. В.М. Батенин, В.М. Зайченко, В.Ф. Косов, В.А. Синельщиков. Пиролитическая конверсия биомассы в газообразное топливо // Доклады Академии наук. 2012. Том 446. № 2. с. 179-182.
3. Zaichenko V.M., Kosov V.V., Kosov V.F., Maikov I.L. and Sinelshchikov V.A. High calorific gas mixture produced by pyrolysis of wood and peat // The Proceedings of 17th European Biomass Conference and Exhibition, Hamburg, 2009, p. 1085-1088.

 

The two-stage pyrolysis of sewage sludge

Currently a problem of human and animal biowastes recovery is one of the most immediate. This interest is explained by an environmental damage which biowastes get to environment and by absence of areas for their disposK al. The technology of problem solution of sewage sludge utilization is considered. The method of two-stage low-temperature pyrolysis of sewage sludge is presented. It allows to reduce sludge volume and to get a gas fuel from there.

Keywords: Sewage sludge, pyrolysis, thermochemical conversion, synthesis gas, carbon residue, electricity and heat.

Zaichenko Viktor Mikhailovich - Doctor of Science, Senior Scientific Researcher, head of distributed energy system department, Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences (JIHT RAS), 125412, Izhorskaya st. 13 Bd.2,Moscow, Russia. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Kosov Vladimir Frolovich - Senior Scientific Researcher of laboratory of distributed generation, Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences (JIHT RAS), 125412, Izhorskaya st. 13 Bd.2, Moscow, Russia. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Larina Olga Mikhailovna - junior researcher of laboratory of distributed generation, Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences (JIHT RAS), 125412, Izhorskaya st. 13 Bd.2,Moscow, Russia. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

 

Журнал «Вода Magazine», №7 (95), 2015 г.

 

Просмотров: 3568
Новости
От первого лица
Генеральный директор ГК "Элма-Астерион" Анастасия Григорьева:
«Самодостаточность России в оборудовании для ВКХ может быть реализована при наличии полной цепочки производства»
ГК «Элма-Астерион» является заметным игроком на рынке насосного и перемешивающего оборудования для работы с коррозионно-активными жидкостями, включая очистку сточных вод. Причем компания -...
Компании
29.03.2024
ООО «Ревитех» стало участником национального проекта «Производительность труда»
ООО «Ревитех» (г. Пермь) стало новым участником национального проекта «Производительность труда»,...
29.03.2024
ГУП «Ставрополькрайводоканал» в течение двух лет поставит на цифровую основу все водное хозяйство Кисловодска
ГУП «Ставрополькрайводоканал» планирует в течение двух лет реализовать в г. Кисловодске проект...
29.03.2024
МУПП «Саратовводоканал» закупит 50 тыс. сосновых чопиков для устранения повреждений на водопроводах
МУПП «Саратовводоканал» объявило на портале госзакупок запрос котировок на поставку 50 тыс....
Проекты
Новые статьи
Выставки/Конференции