Флотационное уплотнение избыточного активного ила станций аэрации городских очистных сооружений

При проведении ретехнологизации или реконструкции городских очистных сооружений канализации важным фактором является правильный выбор технологической схемы обработки осадков, так как своевременность отвода сырого осадка и активного ила, а также возвратные потоки влияют на качество очищенных сточных вод.

Как известно, количество избыточного активного ила на очистных сооружениях превышает количество сырого осадка. Кроме этого, активный ил имеет большую влажность, что не позволяет направлять его сразу на механическое обезвоживание. Первым этапом обработки избыточного активного ила является его сгущение.

Известными методами сгущения избыточного активного ила являются: 1) гравитационное уплотнение ила в илоуплотнителях; 2) флотационное сгущение; 3) центрифугирование; 4) механическое сгущение в барабанных (шнековых) и ленточных сгустителях.

В последнее время возросла популярность применения флотационных установок для уплотнения активного ила [1].

Сравнительный анализ методов уплотнения активного ила описан авторами Metcalf&Eddy [2], выдержки из сравнительной оценки приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Сравнение методов уплотнения избыточного активного ила [2].

Гравитационное уплотнение в радиальных илоуплотнителях было очень популярно в прошлом веке. Этот метод позволяет при входящей влажности избыточного активного ила 99,2 – 99,6% достичь 97 - 98% на выходе. К преимуществам этого метода можно отнести отсутствие реагентного хозяйства и низкие энергозатраты на уплотнение активного ила. К недостаткам относятся:

1) низкая концентрация сухого вещества в уплотненном иле;

2) сложность эксплуатации в зимнее время;

3) нестабильность уплотнения в течение года (влажность уплотненного ила может колебаться от 96,5 до 98,5%);

4) брожение активного ила и его всплывание в летнее время.

Гравитационный ленточный сгуститель имеет ограниченное использование среди другого оборудования для сгущения активного ила. По данным компаний-производителей ленточных сгустителей, влажность активного ила после сгущения составляет 94 – 95%. Применение ленточных сгустителей требует использования технической воды для промывки лент.

Центрифугирование на территории стран бывшего СССР редко применялось для сгущения избыточного активного ила. При работе центрифуги потребление флокулянта составляет не менее 7 кг на 1 тонну сухого вещества осадка, а удельные затраты электроэнергии составляют 1200 – 1600 Вт на 1 м³ активного ила [3].

Механическое сгущение в барабанном или шнековом сгустителях в последнее время приобретают популярность, не смотря на следующие недостатки их применения:

1) для хорошей работы оборудования обязательно требуется добавление флокулянта в количестве 1 – 2 кг на тонну сухого вещества активного ила [4], хотя на практике эта цифра достигает 5 – 9 кг;

2) постоянное потребление подготовленной технической воды, которая расходуется на промывку шнековых сгустителей.

Напорная флотация – популярный метод сгущения активного ила, который реализуется во флотаторе при помощи насыщения рециркуляционного потока воздухом от компрессора, и достигается избыточное давление в сатураторе. При снижении давления до атмосферного в емкости флотатора выделяются микропузырьки воздуха, которые поднимают на поверхность активный ил. Скребковой системой флотатора ил собирается с поверхности и отводится.

Применение напорных флотаторов имеет следующие весомые преимущества:

1) метод, который позволяет предотвратить выделение фосфатов в иловую воду, которая затем возвращается в голову очистных сооружений и повышает нагрузку по соединениям фосфора. Это возможно благодаря тому, что фосфаты не выделяются из активного ила в аэробных условиях во флотаторе, по сравнению с другими методами сгущения осадка;

2) снижение гидравлической нагрузки на последующее оборудование по механическому обезвоживанию избыточного активного ила по сравнению с гравитационным уплотнением ввиду меньшей влажности сгущенного ила;

3) по сравнению со шнековыми сгустителями или центрифугами, флотаторы могут эффективно работать без добавления флокулянта: это зависит от структурных и физико-химических свойств активного ила;

4) низкие энергозатраты при дальнейшем обезвоживании на ленточных фильтр-прессах – 400 Вт на 1 м³ обработанного осадка.

В мировой практике известны также механические, пневмомеханические пневматические флотомашины, однако они позволяют получить пузырек воздуха с размером 1-3 мм, а в аппаратах напорной флотации пузырьки на порядок меньше (0,2 мм), что позволяет при меньшей потребляемой мощности на аэрацию обеспечивать большую поверхность раздела газ-жидкость.

Электрофлотации производительностью более 25 м³/ч не получила широкого распространения ввиду высоких эксплуатационных затрат [5].

В настоящее время для уплотнения активного ила получили широкое распространение напорные флотаторы следующих конструкций [6]:

- радиальные в плане с рабочей глубиной менее 1 м;

- горизонтальные в плане с общей высотой до 3 м;

- вертикальные, занимающие минимальную площадь при высокой гидравлической нагрузке – до 60 м³/ч*м2.

Флотационное уплотнение активного ила внедрялось еще в советские времена. Так, например, с конца 70-х годов и до настоящего времени на очистных сооружениях канализации ОАО «Северский трубный завод», г. Полевской успешно эксплуатируются радиальные флотаторы диаметром 6 м. Особенностью применения флотаторов на этих очистных сооружениях является отсутствие предварительного кондиционирования осадка. Влажность избыточного активного ила до флотатора – 99,4-99,5%, а после флотатора обычно составляет 95,9 - 96,1%. По сравнению с гравитационным илоуплотнителем флотация активного ила позволяет снизить гидравлическую нагрузку на центрифуги, после которых влажность кека составляет 79 - 80%. За последние 30 лет оборудование для флотационного сгущения претерпело ряд конструктивных доработок и теперь характеризуется стабильной, эффективной работой, не требующей постоянного присутствия обслуживающего персонала.

В настоящее время ГК «Экополимер» разрабатывает проекты сооружений по обработке активного ила, в том числе с применением горизонтальных и радиальных напорных флотаторов — http://www.ecopolymer.kh.ua/products/produktsiya-partnerov/uplotniteli-i-sgustiteli-osadka/. Радиальные высоконагружаемые флотаторы для уплотнения избыточного активного ила запроектированы на городских очистных сооружениях г. Омска. Флотаторы имеют диаметр 20 м, изготавливаются из железобетона и комплектуются крышкой для наружного размещения в зимних условиях Сибири. Интересным технологическим решением явилось проектирование двух вариантов подачи избыточного активного ила во флотаторы:

1) подача иловой смеси из аэротенков с влажностью 99,5%;

2) подача иловой смеси из вторичных отстойников с влажностью 99,0%.

Не смотря на то, добавление флокулянта не предусматривалось, расчетная влажность уплотненного избыточного активного ила составила 96% при эффективности осветления 96-99%. Планируемое содержание взвешенных веществ в иловой воде составляет 75 – 150 мг/л.

При составлении технологических схем в рамках инжиниринговых работ наибольшее внимание уделяется надежному и управляемому в автоматическом режиме оборудованию по флотационному сгущению активного ила. Важным фактором надежности работы флотатора является система удаления ила. Флотационное оборудование, применяемое нашей компанией в проектах, имеет скребковую систему из коррозионно-стойких материалов и позволяет эффективно собирать уплотненный активный ил с поверхности флотатора. Фото скребковой системы напорного флотатора для уплотнения активного ила представлено на рисунке 1.

По сравнению с флотаторами для удаления взвешенных веществ и жиров, для уплотнения активного ила проектируются флотаторы с меньшей нагрузкой на свободную поверхность. Также предусматривается большее количество скребков, чтобы скребковая система успешно могла справляться с поднимаемым на поверхность уплотненным активным илом.

Рисунок 1 – Фото скребковой системы напорного флотатора

В июне 2012 года авторы статьи проводили технологический анализ работы флотационного сгущения избыточного активного ила на городских очистных сооружениях чешского города Иглава. Флотационное уплотнение избыточного активного ила в городе Иглава используется с 2008 года. Расход активного ила, составлял 20 м³/час с влажностью 98,6 - 99,2%. Такая влажность активного ила достигается при хорошей работе вторичных отстойников. Это позволяет без применения химических реагентов получить влажность уплотненного активного ила на выходе из флотатора на уровне 96% и направлять избыточный активный ил на ленточные фильтр-прессы. При добавлении флокулянта для уплотнения активного ила на флотаторах очистных сооружений Иглава достигалась влажность 94,1-94,3%.

Фото напорного флотатора, установленного на очистных сооружениях г. Иглава (Чехия), показан на рисунке 2.

 Флотатор имеет два скребковых механизма, работающих последовательно.

Рисунок 2 – Фото флотатора, установленного в г. Иглава

Обобщенный опыт работы с флотаторами для уплотнения активного ила позволяет выявить зависимость концентрации взвешенных веществ в иловой воде после флотатора от дозы флокулянта. Эта зависимость приведена на диаграмме 1. Отделившаяся иловая вода после флотационного уплотнения при средней дозе флокулянта имеет содержание взвешенных веществ 50 – 70 мг/л.

Диаграмма 1 - Зависимость концентрации взвешенных веществ в иловой воде после флотатора от дозы флокулянта

Увеличение дозы флокулянта более 2 кг на 1 тонну абсолютно сухого вещества не гарантирует дальнейшее снижение содержания взвешенных веществ в иловой воде.

ГК «Экополимер» предлагает выполнение работ «под ключ» по обработке образующихся осадков с достиженим требуемой влажности осадка на выходе. Выбор конструктивных особенностей флотаторов производится специалистами на стадии проведения технологического обследования очистных сооружений канализации. А на этапе лабораторных исследований определяется необходимость применения реагентов. Поэтому уже до начала проектирования Заказчик имеет достоверную информацию о величине предстоящих эксплуатационных затрат и предлагаемой технологической схеме обработки осадка. Также на этапе предпроектных работ согласовываются со службой эксплуатации уровень автоматизации, предполагаемые сроки выполнения монтажных и пусконаладочных работ, состав программы по обучению персонала и регламента работы сооружений по обработке осадка, а также гарантийный срок работы оборудования и преимущества дальнейшего сервисного обслуживания.

Выводы: флотационное сгущение избыточного активного ила дает стабильные результаты и обеспечивает влажность ила на выходе около 96% без применения флокулянтов. При последующем механическом обезвоживании на ленточных фильтр-прессах позволяет достигать влажности кека 78-80% при минимальных затратах электроэнергии. В случае применения флокулянта содержание взвешенных веществ в иловой воде составляет 50-60 мг/л, а без кондиционирования осадка – 100 мг/л. В настоящее время ГК «Экополимер» предлагает Заказчику современные эффективные решения по уплотнению и дальнейшей обработке осадков сточных вод.