Спосіб видалення води з осадів промислово-побутових стічних вод

Реферат: Винахід належить до охорони оточуючого середовища, до комунального господарства, а саме, до галузі зневоднення осадів міських стічних вод, які утворюються на очисних спорудах населених пунктів і для яких характерні низькі показники водовіддачі, що ускладнює застосування інтенсивних процесів для їхнього зневоднення. Відповідно до винаходу зневоднення осадів, що утворюються при очищенні стічних вод і, зокрема, комунальних, проводять за схемою ″осад зовні фільтрувального елемента-фільтрат в об'ємі фільтрувального елемента″, при цьому як фільтрувальну тканину застосовують геотекстильний матеріал - ткане або неткане полотно, яке виготовляють голкопробивним, термоскріпленим або гідроскріпленим способами із поліпропіленових, і/або поліефірних ниток із однієї безкінечної нитки, або із обрізків і яке кріпиться на каркасі, замкненому таким чином, щоб створити необхідний внутрішній об′єм фільтрувального елемента, і виготовленому із будь-якого твердого матеріалу, по всій робочій поверхні якого розміщено дренажні отвори, а сам фільтрувальний елемент розміщують в об′ємі осаду, а воду, яка відфільтровується всередину елемента через фільтрувальну тканину без застосування вакууметричного тиску, видаляють за призначенням за допомогою глибинного насоса, який розміщено в накопичувальній ємності, сполученій з фільтрувальним елементом. UA 107266 C2 (12) UA 107266 C2 UA 107266 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до охорони оточуючого середовища, до комунального господарства, а саме до галузі зневоднення осадів міських стічних вод і може бути використаний на спорудах очищення стічних вод. Для осадів, які утворюються на очисних спорудах населених пунктів, характерні низькі показники водовіддачі, що утруднює застосування інтенсивних процесів для їх зневоднення. Найбільш поширеним на сьогодні оформленням процесу зневоднення осадів є: застосування мулових майданчиків або спеціального обладнання, як то вакуум-фільтрів, центрифуг, фільтр-пресів, вібропресів та ін. Мулові майданчики в залежності від ступеня залучення природних процесів поділяють на дві основні категорії: зневоднення в умовах оточуючою середовища і умовах інтенсивного зневоднення та висушування. Перший варіант передбачає знаходження осадів в умовах природних процесів випарювання і декантації, тобто осад розміщено на основі з поверхневим відводом води або на майданчиках-ущільнювачах. У другому варіанті застосовують спеціально виготовлені майданчики зі штучним дренажем, підігрівом, можливістю створення вакууму в дренажній системі, штучним водонепроникним покриттям. Ніяких постійних критеріїв, регламентуючих вибір того чи іншою варіанта не існує. Все визначається місцевими чинниками кліматичними умовами, територіальними і енергетичними можливостями очисних споруд, їхнім фінансовим станом тощо. Для покращення процесу водовіддачі до осаду додають реагенти з коагулюючими або флокулюючими властивостями в результаті чого питомий опір осаду суттєво знижується. Останнім часом широке застосування знаходить гравітаційна технологія Geotube. яка дозволяє оперативно зневоднити великі об'єми накопичених відходів. При цьому. потужність зневоднювального комплексу завжди відповідає потужності насосною обладнання, а утворена в процесі зневоднення вода містить незначну кількість механічних суспендованих часток. Робочі контейнери виготовляють із фільтрувального геотекстильного матеріалу високої міцності. Унікальні фільтраційні характеристики і стримувальна здатність контейнерів забезпечує безпрецедентну потужність без значних капітальних затрат одержання до 1800 м3 зневодненою матеріалу в одному контейнері. Означена технологія була розроблена голландською компанією TenCate Geosynthetics ще у 80-х роках минулого сторіччя і орієнтована, головним чином, на будівництво гідротехнічних споруд, дамб і захисних загорож. І лише згодом її функціональні можливості було поширено на процеси зневоднення різних об'єктів [1-8]. Процес зневоднення відбувається шляхом подачі в контейнер обробленою розчином флокулянту осаду і його фільтрування через фільтруючий матеріал. Контейнери встановлюють на відкритих площадках і обладнують системою відведення фільтрату. Практикується і розміщення контейнерів один над одним. Після їх повного заповнення, осад підлягає дозневодненню за рахунок висушування в природних умовах влітку або виморожування взимку. Зневоднений осад із контейнера вивозиться на утилізацію одним із відомих методів, наприклад газифікацією. Застосування контейнерів разове. Для вирішення проблеми зневоднення осадів безпосередньо на мулових майданчиках застосовують способи, коли фільтрувальні модулі розміщено безпосередньо на таких майданчиках в сполучені з дренажними системами [9-12]. В роботі [9] конструкція мулових майданчиків передбачає вертикальні фільтри з посадочними місцями. Відпрацьований фільтруючий матеріал (пісок) висипають на муловий майданчик і видалять його разом з мулом. Для підвищення потужності мулового майданчики за рахунок питомого навантаження, в роботі [10] вертикальні фільтруючі елементи дренажної системи виконано із склопластикових фільтрувальних труб, покритих фільтрувальною тканиною. Для відновлення фільтруючої здатності дренажної системи її промивають технічною водою. Недоліком означених в роботах [9 і 10] систем є те, що їх застосування можливе лише для мулових майданчиків, які будуються або реконструюються. На переповнених мулових майданчиках або там, де дренажна система за якихось причин відсутня або не працює належним чином, такі пропозиції неефективні. Відома система для зневоднення осаду, яка містить всередині корпус) радіально розміщені непорушні секції патронних фільтруючих елементів [11]. Її недоліком є низька продуктивність і низькі експлуатаційні характеристики через наявність в конструкції спеціальних приводів, які містять кінематичні елементи обертання і поступального руху. Винахід [12] направлений на підвищення ефективності застосування установки, описаної в [11] шляхом інтенсифікації процесу зневоднення. Для досягнення поставленої мети установку оснащено перфорованою плитою, а голкофільтри розміщено горизонтально під плитою і вертикально над плитою. Інтенсифікація процесу зневоднення осаду відбувається за допомогою фільтруючих елементів, в яких створюється вакууметричний тиск. Недоліком такої 1 UA 107266 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 установки є те, що за допомогою вакууметричного тиску не завжди можна забезпечити відвід мулової води з фільтруючих елементів на мулових майданчиках, які мають глибину більше 1 м. В роботах [13, 14] описано конструкцію локального дренажу модульного типу, яку розроблено з метою підвищення ефективності видалення мулової води з мулових майданчиків, дренажна система яких закальматована і знаходиться в непрацюючому стані, а також з заболочених мулових майданчиків, на яких відсутня або неефективна дренажна система. Модульна установка складається з чотирьох дренажних елементів з вертикально розміщеними склопластиковими дренажними трубами, які заглушено з одного боку і з'єднано в загальну збірну систему стальними трубами. Для зменшення вмісту зважених речовин у відфільтрованій дренажній воді для фільтрування застосовують склотканину. Після подачі вакуумного тиску, який складає 0,05-0,5 атм. через 2 хвилини включається насос відкачки дренажної води: після закінчення відкачування насос виключається. Далі всмоктувально-нагнітаюча установка (ВНУ) переходить в режим нагнітання і відбувається процес регенерації фільтруючого елемента, який продовжується приблизно 2 хвилини. Після цього знову створюється вакуумний тиск і відфільтровується мулова вода. Означена система для зневоднення осаду побутових та виробничих стічних вод є найбільш близькою по суті до пропонованого винаходу. Її недоліком є те, що для інтенсифікації процесу водозабору необхідно створення вакууметричного тиску, що ускладнює процес зневоднення. Крім того, відсутність будь-яких даних стосовно продуктивності фільтрувальних модулів, якості відфільтрованої води, природи фільтрувального матеріалу та його стійкості до агресивного середовища, відновлення фільтрувальної здатності матеріалу після процесу регенерації, величини вакууметричного тиску, надлишкового тиску для регенерації і т.д. За такою викладення матеріалу неможливо оцінити ефективність роботи модульної установки. Задачею винаходу, що пропонується, є застосування геотекстильного матеріалу, який є основою контейнера GeoTube для моделювання технологічних рішень по зневодненню осадів, що утворюються при очищенні стічних вод і, зокрема, комунальних, за схемою "осад зовні контейнера → фільтрат в контейнер", тоді як принцип роботи класичного контейнера GeoTube зводиться до схеми "осад в контейнері → фільтрат за межі контейнера". Задача вирішується за рахунок того, що як геотекстильний матеріал використовують голкопробивні полотна із штапельного поліефірного або поліпропіленового волокна, наприклад: геокомпозит марки Pulsatex GA, переважно марки Pulsatex GA 60/60 (100), або полотно неткане геотекстильне голкопробивне геотекстильне Геопульс, або полотно неткане геотекстильне голкопробивне підвищеної міцності Геопульс-П, або полотно неткане геотекстильне голкопробивне термофіксоване Геопульс-ТФ (ТУ У 00306644-081-96), або подібні їм матеріали, які придатні для створення геоконтейнерів GeoTube. Геотканина будь-яким із відомих способів кріпиться на каркасі, замкненому таким чином, щоб створити необхідний внутрішній об'єм, і виготовленому із полімерних матеріалів, склопластику, металу та ін. По всій робочій поверхні каркасу розміщено дренажні отвори, розміри, форма і відстань між якими визначаються природою і походженням осаду, який підлягає зневодненню. Виготовлений таким чином фільтрувальний елемент або декілька фільтрувальних елементів, сполучених один з одним гнучким або жорстким трубним, або рукавним з'єднанням таким чином, щоб створити єдиний фільтрувальний модуль, розміщують в об'ємі осаду, а воду, яка відфільтровується всередину модуля через фільтрувальну тканину, видаляють за призначенням або глибинним насосом, який розміщено в накопичувальній ємності. сполученій з фільтрувальними елементами, або за відсутності такої ємності із кожного фільтрувального елемента через водовідвідні труби, розташовані всередині кожного фільтрувального елемента насосом, розміщеним за межами фільтрувального модуля. Наступні відмінні риси і переваги даного винаходу стануть зрозумілими із викладеного нижче матеріалу, а наведені приклади представлені лише з метою ілюстрації і не призначені для обмеження об'єму винаходу. Приклад 1. На каркас із стального дроту діаметром 6 мм, який складається з 6 кілець діаметром 28 см, з'єднаних перемичками через кожні 15 см насаджено геоконтейнер, який прикріплено до верхнього кільця. Фільтрувальний елемент розміщено в ємності з сумішшю аеробностабілізованого осаду і зворотної (з мулових майданчиків) надмулової води у співвідношенні ~1:1 попередньо обробленою флокулянтом Praestol 859 ВС із розрахунку 0,45 кг/т сухої речовини. В результаті одержано фільтрат з хорошими показниками, зокрема, його величина хімічного споживання кисню (ХСК) зменшилася в 60 і більше разів (з 18000 мгО 2/дм3 для 3 3 вихідної суміші до 300-232 мгО2/дм ) при незначному вмісту зважених речовин 55-78 мг/дм . Приклад 2. 2 UA 107266 C2 5 10 15 Фільтрувальний елемент виготовлено із перфорованої поліпропіленової труби діаметром 110 мм. поверх якої поліпропіленовою сіткою з розмірами комірки 10×10 мм фіксується геотекстильна тканина, що забезпечує власне процес розділення води та осаду. Довжина геотканини становить 0,38 м. а ширина 0,345 м. таким чином площа елемента становить 0,131 м2. Один кінець перфорованої труби закритий наглухо фланцем, а з другого боку вмонтовано патрубок для відбору фільтрату із середини геоконтейнера та трубка для подачі повітря для 3 регенерації тканини. Внутрішній об'єм фільтрувального елемента становить 0,085 м . Фільтрувальний елемент з трубками відбору води та подачі повітря занурюють в ємність з аеробно-стабілізованим осадом (величина ХСК 21000 мгО2/дм3). обробленим флокулянтом Praestol 859 ВС із розрахунку 0,01 дм3/дм3. Включають насос відбору фільтрату. Кількість фільтрату, яка відкачується, фіксується у часі і метою розрахунку продуктивності фільтрувального елементу. При зниженні швидкості фільтрації проводять регенерацію геотканини шляхом продувки фільтрувального елемента стиснутим до 2 атм повітрям. Після чого знову проводять відбір фільтрату. Особливим моментом роботи фільтраційного модуля є створення умов, які забезпечують тривалий період зневоднення осаду. Результати, одержані за перші п'ять годин роботи фільтрувального елемента. наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Результати по зневодненню аеробно-стабілізованого осаду, обробленого флокулянтом Praestol 859 ВС, фільтрувальним елементом Час роботи Об'єм фільтрувального фільтрату, елемента год. дм3 1 10 2 4,5 4,0 4 3,5 5 3,5 Загально: 25,5 20 25 30 ХС К фільтрату. мгО2/дм3 2050 1780 1450 1400 1225 Відсоток фільтрату. % Продуктивність. дм3год./м3 Регенерація, разів 11,5 16,5 21,2 25,3 29,3 29,3 76,9 34,6 30,7 26,9 26,9 1 2 2 3 8 Приклад 3. Пілотна установка включає: - фільтрувальний модуль (рисунок 1) із 12 фільтрувальних елементів, на яких розміщено геотканину загальної площі 6 м2. Загальний внутрішній об'єм модуля становить 180 л; - вузол регенерації фільтрувального модуля, яка забезпечується дозуванням повітря всередину модуля під певним тиском із компресора; - вузол відбору фільтрату, який включає в себе відцентровий насос та лічильниκ фільтрату; - лінії подачі повітря та відбору фільтрату, розподільний вузол подачі повітря та відбору фільтрату по секціях фільтрувального модуля. Фільтрувальний модуль розміщували в резервуарі, куди подається аеробно-стабілізований мул, оброблений флокулянтом Praestol 859 ВС із розрахунку 0,45 κг/1 т абсолютно сухої речовини і надмулова вода із мулових майданчиків у співвідношенні приблизно 1:1. Робочий стан фільтрувального модуля - повне занурення (рисунок 2). В ході експерименту періодично відбирали фільтрат, фіксували його кількість за показаннями лічильника та відбирали проби на аналіз, що відображено в таблиці 2. 35 Таблиця 2 Характеристики фільтрату, отриманого в динамічних умовах за допомогою пілотної установки (дослід 1) Проба ХСК, мгО2/дм3 Сухий залишок, мг/дм3 Вихідний осад 1 2 3 9400 980 480 300 10500 1020 650 430 3 Зважені речовини. 3 мг/дм 9250 455 280 100 UA 107266 C2 5 Враховуючи кількість відібраного фільтрату за годину ι а знаючи, що площа геотканини 2 фільтрувального елемента становить 6 м визначаємо продуктивність, яка становить в даному 3 2 випадку 51 дм год./м . Наступну серію дослідів по зневодненню осадів в динамічних умовах проведено через 7 діб перебування модуля в резервуарі (таблиця 3). Таблиця 3 Характеристики фільтрату, отриманого в динамічних умовах за допомогою пілотної установки (дослід 2) Проба Вихідний осад 1 2 3 ХСК. мгО2/дм 12800 1240 800 580 3 Сухий залишок, мг/дм 13520 1 520 1290 1165 3 Зважені речовини, мг/дм 12360 410 130 50 3 10 3 2 В даному випадку продуктивність фільтрувального модуля становить близько 51 дм год./м . Наступну серію дослідів по зневодненню осадів в динамічних умовах проведено через 14 діб перебування модуля в резервуарі (таблиця 4). Таблиця 4 Характеристики фільтрату, отриманого в динамічних умовах за допомогою пілотної установки (дослід 3) Проба Вихідний осад 1 2 3 15 20 25 30 35 ХСК, мгО2/дм3 Сухий залишок, мг/дм3 Зважені речовини, мг/дм3 14400 1 5650 15360 610 510 480 1240 1220 1115 200 75 45 У цьому випадку продуктивність фільтрувального модуля становить близько 53 дм 3 год./м2. За результатами проведених експериментів визначено той факт, що дана установка працює тривалий період часу без втрати фільтрувальних властивостей завдяки періодичній регенерації геотканини, і встановлено її продуктивність - 1,2 м3·доба/м2. Перелік посилань 1. Glick Scott. Geotextile tube repair, construction and reinforcement method and apparatus / Pat. US N 20040140041. - Publ. 22.07.2004. 2. Glick Francis Scott. Geotextile tube repair, construction and reinforcement method and apparatus / Pat. US 20060280563. - Publ. 14.12.2012. 3. Sеo Dong Su. SeoJung Hyup. GeoTube/Pat. KR Ν 20120090558. - Publ. 17.08.2012. 4. Wang Jin-Feng. Integrated geotube bag /Pat. TWM N 396838. - Publ. 21.01.201 1. 5. Anthony S. Bradley. Apparatus and method for deploying geotextile tubes / Pat. N AU 2000065143. - Publ. 10.05.2001. 6. John S. Pratt. Method and system for processing wast / Pat. US 20040112837. - Publ. 17.06.2004. 7. Height measuring and early warning method for geotube for sludge dewatering/Jinghui Zhang. Yao Wang.Wenxi Wang. Wei Yang. Dan Lu. Weili Xi. Zhaojun Shao. Tao Bi. Song Han // Pat. CN102435170. Publ. 05.02.2012. 8. Bradley Anthony. Apparatus and method for deploying geotextile tubes Pat. SAU N 2004202644. - Publ. 15.07.2004. 9. Иловая площадка / Гайдар А.И., Слипченко В.Α., Алексеев В.П., Тесля Ю.М. //А.с. 1305135 А1 СССР. МКИ C02F 11/12. 3890854/29-26: Заявл. 29.04.85: Опубл. 23.04.87. Бюл. № 15. 10. Иловая площадка / Двинских Е.В., Курдюкова Л.Р., Эпоян С.М., Есин A.M., Клейн Е.Б. // А.с. 1742229 А1. МКИ C02F 11/12. 4756973/26: Заявл. 31.07.89; Опубл. 23.06.92. Бюл. № 23. 4 UA 107266 C2 5 10 15 20 25 30 35 11. Вакуумный фильтр-сгуститель / Макаров А.С. Калужский Η.А., Черный В.Н., Финкельштейн Л.И., Раппопорт // А.с. 617047. МКИ В 01D 27/00. В 01D 35/00 2124981/23-26; Заявл. 15.04.75; Опубл. 30.07.78. Бюл. № 28. 12. Установка для обезвоживания осадка бытовых и производственных сточных вод / Болотских Н.С., Тиховидов Б.Д., Иванова Т.В., Лопин А.В., Клейн Е.Б., Пасечник Н.А. // А.с. 947090. МКИ С 02 F 11/12 2980668/23-26: Заявл. 11.07.80: Опубл. 30.07. 82. Бюл. № 28. 13. Эпоян С.М., Карагяур А.С., Степанов О.В. Усовершенствование модульной установки для удаления иловой воды // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБА. ХОТВ АБУ. 2009. Вип. 51. – С. 201-205. 14. Модульна установка локального дренажу для видалення мулової води з мулових майданчиків / Епоян С.М., Корінько І.В., Степанов О.В., Клейн Ю.Б. // Патент України на винахід 96873 С2. МПК С 02 F 11/12 (2006.01) - а201008698: Заявл. 12.07.2010: Опубл. 12.12.2011, Бюл. № 23. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб зневоднення осадів, що утворюються при очищенні стічних вод і, зокрема, комунальних, за схемою ″осад зовні фільтрувального елемента-фільтрат в об'ємі фільтрувального елемента″, який відрізняється тим, що як фільтрувальну тканину застосовують геотекстильний матеріал - ткане або неткане полотно, яке виготовляють голкопробивним, термоскріпленим або гідроскріпленим способами із поліпропіленових і/або поліефірних ниток із однієї безкінечної нитки або із обрізків і яке кріпиться на каркасі, замкненому таким чином, щоб створити необхідний внутрішній об′єм фільтрувального елемента, і виготовленомуіз будь-якого твердого матеріалу, по всій робочій поверхні якого розміщено дренажні отвори, а сам фільтрувальний елемент розміщують в об′ємі осаду, а воду, яка відфільтровується всередину елемента через фільтрувальну тканину без застосування вакууметричного тиску, видаляють за призначенням за допомогою глибинного насоса, який розміщено в накопичувальній ємності, сполученій з фільтрувальним елементом. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для процесу зневоднення осадів використовують декілька фільтрувальних елементів, сполучених один з одним гнучким рукавним з′єднанням таким чином, щоб створити єдиний фільтрувальний модуль. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для процесу зневоднення осадів використовують декілька фільтрувальних елементів, сполучених один з одним жорстким трубним з′єднанням таким чином, щоб створити єдиний фільтрувальний модуль. 4. Спосіб за пп. 2, 3, який відрізняється тим, що воду із кожного фільтрувального елемента видаляють за призначенням через водовідвідні труби, розміщені всередині кожного фільтрувального елемента за допомогою насоса, розміщеного за межами фільтрувального модуля. 5 UA 107266 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6