Метановая стабилизация осадков городских сточных вод

 

Выход газа из метантенков.

Принимаем выход газа 1 г на 1 г распавшегося беззольного вещества осадка. Плотность газа ρ = 1 кг/м3. Выход газа в % рассчитываем по табл. 2 и табл. 4 и по формуле:

Удельный выход газа составит:

 

 

Таблица 4

Значение коэффициента Kр от влажности загружаемого осадка

Режим сбраживания	Значение коэффициента Kр при влажности загружаемого осадка
	93%	94%	95%	96%	97%
Мезофильный	1,05	0,89	0,72	0,56	0,40
Термофильный	0,455	0,385	0,31	0,24	0,17

 

Рассчитываем количество загружаемого беззольного вещества (в кг):

где K – количество беззольного вещества в осадке, K = 71%;

γ – плотность осадка, γ = 1,02 г/см3;

Wmud – влажность осадка, Wmud = 96%.

Съём газа в сутки:

Съём газа с одного метантенка в сутки:

Определение размеров горловины:

а) площадь живого сечения горловины

где Qг – пропускная способность 1 м2 горловины в м3/сут;

                  принимаем Qг = 700 м3/сут на 1 м2;

б) диаметр горловины

Теплотехнический расчёт:

1) расход тепла на обогрев свежего осадка

где K – коэффициент, учитывающий потери тепла через стенки, днище и перекрытие метантенка; при объёме метантенка Vмт = 1000 м3 K = 0,09, при объёме метантенка более 1100 м3 K = 0,10;

Ст – теплоёмкость осадка; Ст = 4,19 кДж/кгž0K;

tсб и tос – соответственно температура в метантенке и температура осадка на входе в метантенк, 0С; tсб = 530С и tос = 130С;

2) компенсация теплопотерь всего объёма метантенка (за вычетом добавки свежего осадка); принимаем охлаждение за сутки на 10С:

3) общее  потребное количество тепла

4) требуемая  расчётная производительность с  учётом КПД котельной установки

где η – КПД котельной установки; η = 0,7÷0,8;

5) расчётное  потребное количество пара при  теплоотдаче 1 кг пара 550 кДж

6) количество  тепла, выделяемое при сжигании  газа при теплотворной способности  газа 5000 ккал/м3

При условии Gт < Gрасч  имеем, что 39831000 кДж/сут < 117302500 кДж/сут, следовательно, количество тепла, получаемого при сжигании газа, образующегося в метантенках, недостаточно для поддержания термофильного режима брожения в них, что требует дополнительного подогрева метантенков.

 

Газгольдеры.

Газ, получаемый в результате сбраживания осадков в метантенках, надлежит использовать в теплоэнергетическом хозяйстве очистной станции.

Для регулирования давления и хранения газа рекомендуется использовать мокрые газгольдеры, емкость которых рассчитывается на 2-х или 4-х часовой выход газа; давление под колпаком 1,5-2,5 КПа (150-250 мм вод. ст.).

Подбираем газгольдеры на основе расчёт метантенков.

Определяем емкость газгольдеров:

,

где τ – время выхода газа; принимаем τ = 3 ч.

Принимаем 3 газгольдера объёмом 300 м3 по типовому проекту № 7-07-02/66 по табл. 5.

Таблица 5

Основные характеристики газгольдеров

№ типового проекта	Объём газголь-дера, м3	Внутренний диаметр, мм		Высота, мм			Расход металла, тонн
		резервуара	колокола	газгольдера	резервуара	колокола
7-07-01/66	100	7400	6600	7450	3450	3400	14
7-07-02/66	300	9300	8500	12500	5920	6880	25
7-07-03/66	600	11480	10680	15400	7390	7610	41,4
707-2-5	1000	14500	13700	15400	7390	7610	53
707-2-6	3000	21050	20250	20100	9800	9900	126
707-2-7	6000	26900	26100	24200	11750	12050	192

 

При удалении осадка в метантенке еще содержится значительное количество биогаза. Перед обезвоживанием биогаз следует удалить. Для этого предусматривается два бассейна-дегазатора.

Инженерные сооружения дегазации представляют собой железобетонные бассейны такой же формы и таких же размеров, как и гравитационные сгустители первичного осадка. Диаметр бассейнов 22 м, высота дегазатора 3,5 м, а полезный объем каждого из бассейнов составляет 1538 м3.

Бассейны дегазации одновременно являются и бассейнами буферного хранения осадка в случае выхода из строя оборудования для обезвоживания или перебоя на очистной станции.

 

 

4. Схемы  обработки и утилизации осадков городских сточных вод

4.1. Установка анаэробной стабилизации осадков

Установка анаэробной стабилизации осадков предназначена для использования на очистных сооружениях для анаэробной стабилизации (обработки) осадка и избыточного ила сточных вод города и промышленных предприятий.

В общем виде установка анаэробной стабилизации осадков состоит:

• метантенк с емкостью для сбраживания осадка;
• коагулятор;
• сгуститель стабилизированного осадка с лотком для отвода осветлённой иловой воды;
• аэратор;
• система трубопроводов для подачи сырого осадка, активного ила, стабилизированного осадка и избыточного биогаза в верхней части емкости для сбраживания;
• устройство нагрева сбраживаемого осадка.

 

Рис. 4. Установка анаэробной стабилизации осадков городских сточных вод.

Описание работы установки анаэробной стабилизации осадка.

Сырой осадок и ил по трубопроводу (8) подают в резервуар-накопитель (9), где производится их нагрев горячей водой от паропровода (64).

Далее осадок и ил по трубопроводу (11) подаются в емкость кислого сбраживания (1). Образующийся при этом биогаз по патрубку (12) подается в компрессор (13), откуда по трубопроводу (14) направляется в нижнюю часть емкости кислого сбраживания (1), где, вместе с паром, подаваемым по трубопроводу (18), вызывает интенсивное перемешивание осадка и ила, обеспечивая повышение интенсивности биохимического процесса.

Часть осадка, забираемого трубопроводом (23) из нижней части емкости кислого сбраживания (1), отсасывается насосом (26) и по трубопроводу (25) подается в трубопровод (11) подачи осадка и ила в емкость (1), что обеспечивает смешение поступающего осадка микрофлорой кислого брожения с одновременным перемешиванием их.

Питательный субстрат, образуемый в автоклаве (17), по патрубку (22) подается также в емкость (1), что повышает скорость биохимических процессов из-за наличия биологически активных веществ.

Осадок, прошедший обработку в емкости (1) кислого сбраживания, по трубопроводу (23) подается в емкость (2) щелочного сбраживания. Биогаз, образующийся в верхней части емкости (2), по патрубку (31) всасывается компрессором (32) и нагнетается по трубопроводу (33) в нижнюю часть емкости (2), что вместе с паром, подаваемым из трубопровода (64), обеспечивает перемешивание осадка в нижней части емкости (2).

Часть осадка из нижней части емкости (2) через трубопроводы (27) и (29) насосом (30), подается в трубопровод (23) подачи осадка из емкости (1) в емкость (2), где производится смешение поступающего осадка микрофлорой метанового брожения в емкость (2), прошедшей обработку микрофлорой, что ускоряет биохимические процессы.

Избыток воды по трубопроводу (36) отводится из емкости (2). Питательный субстрат из автоклава (17) по трубопроводам (21) и (24) подается в трубопровод (23) и далее в емкость (2), что интенсифицирует биохимический процесс. Для ускорения перевода из кислой среды в щелочную среду трубопровод (23) подачи осадка из емкости (1) кислого сбраживания в емкость (2) щелочного сбраживания соединен с помощью патрубка (47) с резервуаром (48) с негашеной известью (СаО).

Осадок из нижней части емкости (2) по трубопроводу (27) направляется в емкость (3) щелочного дображивания.

Биогаз, образующийся в емкости (3), через патрубок (37) компрессором (38) через трубопровод (39) подается в нижнюю часть емкости (3). По трубопроводу (64) в нижнюю часть емкости (3) подается пар, что одновременно вызывает нагрев смеси и ее перемешивание, что увеличивает интенсивность биохимического процесса. Часть биогаза через патрубки (15), (34) и (40) направляется на утилизацию.

Осадок из нижней части емкости (3) через трубопровод (43) подается в циклонную насадку (6), где смешивается с атмосферным воздухом через верхнюю часть насадки, коагулирующим веществом, поступающим по патрубку (51), уплотненным осадком, подаваемым из нижней части сгустителя (5) по патрубку (50), через насос (20) и трубопровод (49). Смесь из насадки (6) разбрызгивается в емкость (4) коагуляции, где мешалкой (53) производится перемешивание смеси. Часть уплотненного осадка через донное отверстие (55) направляется на днище сгустителя (5), а часть через окно (56) направляется вверх, проходит взвешенный слой осадка, дополнительно сгущается, происходит его уплотнение и опускание на днище сгустителя (5).

Отражательный экран (58) предотвращает взмучивание осадка, а направляющая коническая обечайка (57) обеспечивает фильтрацию осадка во взвешенном слое по расширяющемуся вверх каналу, что повышает эффективность фильтрации во взвешенном слое.

Осветленная вода из лотка (59) через трубопровод (60) отводится из сгустителя (5).

Уплотненный осадок из нижней части сгустителя (5) через трубопровод (50) и насос (20) направляется на приспособление (7) для механического обезвоживания, откуда обезвоженный стабилизированный осадок подается в бункер (62). Фугат отводится из приспособления (7) по трубопроводу (61).

Технико-экономическая эффективность установки анаэробной стабилизации заключается в повышении производительности за счет интенсивности биохимических процессов, благодаря раздельной обработке осадка последовательно в емкости кислого сбраживания и емкости щелочного сбраживания, а также систем рециркуляции биогаза и ила индивидуально в каждой емкости кислого и щелочного сбраживания, обеспечивающих предварительное смешение соответствующей микрофлорой поступающего осадка.

Размещение емкости для аэрации в сгустителе исключает дополнительные промежуточные емкости системы трубопроводов с насосами для улучшения качества осадка перед обезвоживанием в приспособлении (7) без дополнительной промывки осадка.

Отвод избытка воды из емкости щелочного сбраживания позволяет снизить нагрузку на сгуститель (5) и приспособление для механического уплотнения осадка, что позволяет уменьшить их габариты и количество потребляемой электрической энергии на перекачку и обезвоживание. Это позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты.

 

 

4.2. Технологические схемы  комплексных очистных  сооружений  (КОС)

обработки осадков сточных вод

Технологическая схема обработки осадков должна отвечать следующим требованиям:

• возможность использования или ликвидации осадка;
• целесообразность использования побочных продуктов (газ, тепло);
• экономия площадей, занимаемых очистными сооружениями.

Далее приведены некоторые наиболее распространенные принципиальные комплексные технологические схемы обработки осадков сточных вод. Та или иная схема  может применяться в определенном ограниченном диапазоне производительности сооружений для обработки осадка.

 

 

 

Рис. 5. Комплексная схема анаэробного сбраживания,

вакуум-фильтрации и термической сушки осадков:

СО – сырой осадок; ИИ – избыточный активный ил; УИИ – уплотненный избыточный активный ил; СО+УИИ – смесь осадка и активного ила;

СбрО – анаэробно сброженный осадок; БГ – биогаз из метантенка;