Способ обработки активного ила и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к способу обработки активного ила. При обработке активного ила, заключающейся в его обеззараживании и обезвреживании, осуществляемой на последовательно проводимых стадиях, а именно сушка, анаэробная обработка при температуре 250 350°С и обжиг при температуре не менее 1250°С, предлагаются все стадии, включая транспортировку обрабатываемого материала, производить в режиме непрерывного потока, причем стадии обработки, включенные последовательно, образуют замкнутый цикл. Из этой системы удаляются на стадии сушки выпар, на стадии анаэробной обработки конверсионный газ, после чего эти отходящие продукты конденсируются. Тепло, содержащееся в дымовых газах, образующихся в процессе обжига, применяется вначале для обогрева стадии анаэробной обработки, а затем стадии сушки. Благодаря применению дымовых газов для обогрева стадий обработки в последовательности естественного падения температуры создается возможность производить обработку активного ила почти без привлечения энергии извне, т. е. расход энергии, необходимой для обработки активного ила, почти полностью удовлетворяется теплотой сгорания органических компонентов активного ила. Благодаря обработке активного ила в замкнутом цикле не наносится ущерб окружающей среде. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу обработки активного ила, при котором ил после предварительного механического обезвоживания далее обрабатывается на последовательно расположенных станциях обработки: сначала сушится, затем следует анаэробная реакция при температуре 250-350^оС, после чего ил подвергается обжигу при температурах не ниже 1250^оС, а также к устройству для осуществления этого способа.

Активный ил является незаменимым материалом для биологической очистки сточных вод, проблема его устранения становится все более острой. В зависимости от состава и способа обработки сточных вод активный ил, кроме органической составляющей, доля которой составляет 20-60% образующейся главным образом из биомассы в основном бактериального происхождения, содержит еще около 50% неорганических компонентов. В противоположность растительной биомассе в активном иле содержится чрезвычайно мало липинов, незначительное количество углеводов, зато главными компонентами являются липиды и протеины.

Количество активного ила, образующегося в качестве побочного продукта при очистке бытовых и промышленных стоков, год от года повышается. Например, в Федеративной Республике Германии в 1986 г оно составляло около 50 млн.м³ с содержанием сухого вещества около 4,6% Из этой общей массы только одна треть может быть использована, т.е. непосредственно или после компостирования может быть внесена в сельскохозяйственно обрабатываемые площади. Большая часть активного ила уходит в отходы: 60% из них непосредственно подвергаются захоронению, 7% обрабатываются термически и остаток подвергается захоронению.

Исходя из того что количество активного ила ежегодно увеличивается, потому что все большее количество населения подключается к коммунальным очистным сооружениям, а требования к качеству водоочистки становятся все строже, ни один из этих способов обработки активного ила нельзя считать совершенным. Кроме того, из-за ограниченной пропускной способности мощностей по обработке активного ила, а также из-за относительного увеличения содержания в нем вредных веществ доля активного ила, используемого в сельском хозяйстве, будет уменьшаться.

При обработке активного ила предъявляются высокие требования к качеству обработки. В первую очередь это относится к санитарно-эпидемиологическому состоянию ила и к его химическому составу. Перед внесением на поля ил должен быть обезврежен. Это возможно либо посредством длительной выдержки, либо (с выдержкой или без нее) путем высокотемпературной биологической, физической или химической обработки, но не обычным в настоящее время гнилостным разложением ила. Кроме того, в активном иле не только относительно высока концентрация токсичных тяжелых металлов, но также и диоксина, и, следовательно, активный ил без обработки не может быть применен в качестве удобрения.

Захоронение подвергается в основном механически обезвоженный ил и остаточные продукты от сожжения. Поскольку площади для захоронения становится все меньше, то сама практика захоронения находится под вопросом, так как механическое состояние почвы зачастую не допускает захоронения активного ила.

Известен способ обработки активного ила, при котором активный ил сначала сушится до максимально возможной концентрации сухого вещества и затем подвергается фракционирующему пиролизу. Сначала при низкотемпературной (250-350^оС) анаэробной реакции из активного ила в виде масел выделяется содержащийся в нем органический углерод. Оставшиеся в иле остаточные продукты сжигаются с подачей чистого кислорода при температуре не менее 1250^оС. При этом сгорают последние остатки углерода, так что остаются только неорганические компоненты, составляющие всего 10-15% первоначального объема ила. Эти остатки могут быть применены в качестве легкого заполнителя при производстве бетона или, поскольку эти остатки в тонкоизмельченном состоянии обладают гидравлическими вяжущими свойствами, применяются в качестве компонента гидравлического связующего вещества, в частности портландцемента.

Этот способ фракционирующего пиролиза не только дает возможность полного использования органических компонентов активного ила, включая заключающуюся в них энергию, но избавляет от необходимости закапывать неорганические компоненты ила. Проводимый таким образом фракционирующий пиролиз обладает еще тем достоинством, что тяжелые металлы не выделяются и не теряются, но остаются в неорганических остатках, в которых они после обжига сохраняются в виде окислов, т.е. в форме, соответствующей их природному состоянию, следовательно, отпадает опасность, что они, будучи вымыты, снова попадут в биосферу.

Существенным достоинством этого способа является также то, что рационально используя высокий энергетический потенциал активного ила, мы может несмотря на большие затраты энергии при его обработке разработать способ обезвреживания активного ила, в значительной степени независимый от поступления энергии извне.

Известный способ создает теоретическую основу для щадящего окружающую среду, практически полного обеззараживания и обезвреживания активного ила. Задачей предлагаемого изобретения является создание возможности для осуществления этого на практике.

Эта задача решается тем, что все стадии предлагаемого способа, включая транспортировку обрабатываемого материала от одной стадии к другой, осуществляются в режиме непрерывного потока, все стадии соединены последовательно и образуют замкнутый цикл, причем на стадии сушки отводится выпар, а на стадии анаэробной реакции конверсионный газ и затем отведенные продукты конденсируются, а тепло, содержащееся в дымовых газах, образующихся в процессе обжига, применяется для обеспечения энергией стадий анаэробной обработки и сушки.

Целесообразно применять дымовые газы в качестве газа-теплоносителя, подаваемого непрерывным потоком для обогрева сначала устройств для проведения анаэробной реакции, а затем устройств для сушки. При этом поток газа-теплоносителя подается на отдельные станции обработки параллельно движению обрабатываемого материала и согласованно с ним, так что в момент начала обработки на каждой соответствующей стадии поступает газ наивысшей температуры.

Целесообразно, осуществляя предлагаемый способ, поддерживать во всей системе несколько пониженное давление. Целесообразно обрабатываемый материал по транспортным линиям от одной станции обработки до другой транспортировать принудительно, например с помощью червячных транспортеров.

Задачей способы является возможность осуществлять непрерывную обработку предварительно обезвоженного активного ила, отводя промежуточные продукты, вплоть до стадии обжига содержащихся в нем неорганических продуктов в полностью замкнутой системе.

Целесообразно также поддерживать в этой системе обработки ила несколько пониженное давление, в этом случае отпадает опасность того, что в окружающую среду попадут какие-либо вредные вещества.

Благодаря применению дымовых газов, выделяющихся при обжиге, для обогрева станций обработки в последовательности, соответствующей естественному падению температуры, т.е. отдача тепла, содержащегося в дымовых газах, доводится до конечной температуры в 50^оС, становится возможным производить обработку активного ила, почти не прибегая к подаче энергии извне, т.е. энергия, необходимая для осуществления описываемого процесса, почти полностью получается из теплоты сгорания органических компонентов, содержащихся в активном иле. Однако для осуществления обжига необходима подача чистого кислорода, что не только способствует тому, что оставшийся после анаэробной реакции углерод, сгорая, дает температуру, необходимую для обжига неорганических компонентов ила, но также препятствует сгоранию дополнительных носителей энергии, не поддающихся регенерации, что, в свою очередь, препятствует образованию не только двуокиси углерода, но и окислов азота, оказывающих вредное влияние на окружающую среду.

В предлагаемом способе активный ил после механического обезвоживания обрабатывают на последовательно расположенных станциях обработки: сначала сушат, затем подвергают анаэробной обработке при температуре 250-350^оС и в заключение обжигают при температуре не менее 1250^оС. Все стадии предлагаемого способа, включая транспортировку обрабатываемого материала между отдельными станциями обработки, осуществляют в режиме непрерывного потока в замкнутой системе, из которой на стадии сушки отводят выпар, на стадии анаэробной обработки отводят конверсионный газ, после чего эти отходящие продукты конденсируются. Тепло, содержащееся в дымовых газах, образующихся при обжиге, применяют для обеспечения теплом стадий анаэробной обработки и сушки. Дымовые газы применяют в качестве газа-теплоносителя, направляемого непрерывным потоком для непосредственного обогрева сначала устройства для анаэробной обработки, а затем устройства для сушки. Поток газа-теплоносителя на отдельных станциях обработки движется параллельно потоку обрабатываемого материала в одном направлении с ним, при этом к моменту начала соответствующей стадии обработки для ее теплоснабжения подают газ с наивысшей температурой. Во всей системе обработки и транспортировки поддерживают пониженное давление.

Обрабатываемый материал на транспортных трассах между отдельными станциями обработки транспортируют принудительно, например с помощью червячных транспортеров.

Установка для осуществления предлагаемого способа включает станцию сушки, станцию анаэробной обработки и станцию обжига, обогреваемую газом-теплоносителем. Предлагаемая установка отличается от известной тем, что станция сушки и станция анаэробной обработки снабжена трубчатыми блоками, станция обжига снабжена вращающейся трубчатой печью, установка снабжена устройством для непрерывной транспортировки обрабатываемого материала, причем эти блоки соединены закрытыми трубопроводами как между собой, так и с вращающейся трубчатой печью для обжига. Перед станцией сушки (Т) установлено соединенное с ней устройство для механического обезвоживания активного ила. Для транспортировки обрабатываемого материала между станциями обработки предусмотрены устройства принудительного транспортирования, например двойные червячные транспортеры. Из станции сушки блоки обработки установлены последовательно для транспортировки обрабатываемого материала и соединены по концам. Блоки обработки с противоположными направлениями транспортировки последовательно соединены в сушильную батарею. Каждый блок обработки станции сушки состоит из внутреннего транспортного трубопровода для обрабатываемого материала, в котором установлен с возможностью вращения червячный транспортер, а транспортный трубопровод заключен во внешний трубчатый кожух, причем кольцеобразное пространство, образовавшееся между транспортным трубопроводом и кожухом, находится под воздействием газа-теплоносителя. В кольцевом пространстве предусмотрена кольцевая спираль, запирающая его в поперечном направлении и образующая спиральный обогревательный канал. Червячный транспортер состоит из кольцевой спирали, посредством радиальных распорок прикрепленной к оси, связанной с центральным приводом. По внешней поверхности трубчатого кожуха уложен теплоизоляционный слой.

Для транспортировки обрабатываемого материала между станциями обработки предусмотрены устройства для принудительной транспортировки, например двойные червячные транспортеры.

На станции сушки последовательно установлено несколько блоков обработки, соединенных по концам друг с другом с целью транспортировки обрабатываемого материала. Система транспортировки в противоположном направлении объединяет отдельные сушильные блоки в единую сушильную батарею.

Каждый блок обработки станции сушки состоит из внутреннего транспортного трубопровода для обрабатываемого материала, в котором установлен вращающийся червячный транспортер. Транспортный трубопровод заключен в трубчатый кожух, причем кольцевое пространство между ними находится под воздействием газа-теплоносителя.

В кольцевом пространстве монтируется кольцевая спираль, закрывающая его в поперечном направлении, образующая спиральный обогревательный канал. Транспортирующий червяк может состоять из кольцеобразной спирали, посредством радиальных распорок укрепленной на оси, соосной с приводом. По внешней окружности кожуха может быть уложена теплоизоляционная оболочка.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества: последовательное расположение отдельных станций обработки создает компактную установку с короткими транспортными трассами, которые целесообразно снабдить устройствами для принудительной транспортировки, что устраняет задержки при транспортировке обрабатываемого материала; обработка активного ила на станциях обработки производится в режиме непрерывного потока, благодаря чему пути, которые материалы проходят внутри станций обработки, сводятся к минимуму.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой установки для осуществления способа обработки активного ила; на фиг.2 блок обработки на станции сушки, продольное сечение; на фиг.3 сечение А-А на фиг.2.

Установка (фиг.1) содержит приемную станцию А с приемной воронкой 1 для подачи предварительно механически обезвоженного, содержащего 20-30% сухого вещества активного ила, который затем также механически обезвоживается до концентрации в 50% сухого вещества.

Обезвоженный до такой степени активный ил с помощью насоса 2 для перекачивания жидкостей, содержащих твердые примеси, подается по трубопроводу 3 (показанному схематически) в направлении стрелки на станцию сушки Т в которой ил в направлении стрелки протекает через несколько обогреваемых сушильных блоков 4, последовательно подключенных один к другому и составляющих сушильную батарею 5. Из станции сушки Т через трубопровод 6 отводится выпар и подается в паропромывочную установку 7 и в конденсатор 8. Конденсат из конденсатора 8 попадает в приемную емкость 9, из которой он может быть отведен с помощью конденсатного насоса 10. Компрессор 11, присоединенный к конденсатору 8, отсасывает газ и одновременно создает во всей системе пониженное давление.

Обрабатываемый материал, пройдя через станцию сушки Т, попадает через промежуточное транспортное устройство 12, которое целесообразно выполнять в качестве двойного червяка принудительной транспортировки, подает его на станцию анаэробной обработки К. Материал попадает на станцию анаэробной обработки К через загрузочное устройство 13, тоже выполненное в виде двойного червяка принудительной транспортировки, по которому материал подается по направлению стрелки в собственный анаэробный реактор 14.

Анаэробный реактор 14 выполнен известным образом. Он содержит транспортирующее устройство, приводимое приводом 15 и расположенное в барабане. Транспортирующее устройство целесообразно выполнить в виде двойного червяка принудительной транспортировки. В анаэробном реакторе 14 обрабатываемый материал нагревается до температуры 250-350^оС. Поскольку в реакторе 14 должны поддерживаться условия для анаэробной реакции, то концы транспортной установки должны быть уплотнены. При этой низкотемпературной реакции в анаэробных условиях образуются (по аналогии с образованием нефти и каменного угля в природе) из липидов и протеинов, содержащихся в активном иле, масла со сравнительно высоким содержанием углерода и высокой теплотой сгорания, кроме того, образуется уголь. Реакционные газы отводятся из реактора 14 по трубопроводу 16 и подаются в конденсатор 17. Масла, образовавшиеся в процессе конденсации, могут быть отведены насосом 18, остальные газы по трубопроводу 19 возвращаются в реактор 14. Повышенное давление по мере возникновения может быть через предохранительный клапан 20 и трубопровод 21 сброшено непосредственно в присоединенную станцию обжига S. Выделившийся из ила газ, освобожденный на станции анаэробной обработки К от летучих органических компонентов, попадает затем через выпускное устройство 22 и следующее промежуточное транспортное устройство 23 на станцию обжига S. Станция обжига содержит вращающуюся трубчатую печь 24 любой конструкции, в которую со стороны загрузки 25 вводятся остатки от низкотемпературной анаэробной реакции. На выпускной стороне 26 вращающейся трубчатой печи 24 предусмотрена газово-кислородная горелка 27, со стороны загрузки 25 по трубке 28 вводится технически чистый кислород. В обогащенной кислородом атмосфере сгорает остаточный уголь, еще сохранившийся в остаточном материале, тем самым достигается температура не ниже 1250-1400^оС, благодаря чему происходит обжиг еще сохранившихся неорганических компонентов активного ила. Обожженный конечный продукт через разгрузочное устройство 29 попадает в емкость 30, откуда может быть удален.

Параллельно описанному пути активного ила проходит путь дымовых газов, образующихся при обжиге в печи 24. Дымовые газы отводятся из печи 24 по трубопроводу 31 и обеспыленные в циклоне 32 по трубопроводу 33 вводятся в реактор 14. Дымовые газы с температурой 400^оС поступают в реактор с той же стороны, что и обрабатываемый материал, огибают установленный внутри реактора закрытый блок обработки активного ила и уходят из реактора по трубопроводу 34 с температурой около 250^оС. Ввод в реактор газа-теплоносителя производится способом, аналогичным способу введения его в блоки 4 сушки.

По трубопроводу 34, который может быть соединен с трубопроводом 33 байпасным клапаном 35, дымовые газы попадают в первый из сушильных блоков 4 станции сушки Т. В каждом сушильном блоке 4 температура дымовых газов понижается на величину, составляющую примерно 50^оС, так что по выходе из станции сушки Т дымовые газы еще сохраняют температуру около 50^оС. По трубопроводу 36 отходящий газ отводится в любую известную газоочистную установку.

Сушильный блок 4 (фиг.2) состоит из внутреннего трубопровода 37, в котором вращается транспортный червяк 38, приводимый приводом 39, например электромотором. Транспортный червяк 38 состоит из внешней кольцевой спирали 40 (фиг. 3), посредством радиальных распорок 41 прикрепленной к валу 42 (в данном случае вал 42 представлен в качестве полого вала). Выполнения спирали 40 в виде полой спирали имеет то преимущество, что обрабатываемый материал в пустой полости внутри спирали 40 может свободно падать и быть транспортируемым. Обрабатываемый материл подается в один конец внутреннего трубопровода 37 в режиме свободного падения через патрубок 43 и выводится из другого конца трубопровода 37 через патрубок 44 и далее (также в режиме свободного падения) проходит через следующий сушильный блок.

Внутренний трубопровод 37 в большей части своей длины охвачен кожухом 45. В кольцевом пространстве 46 между внутренним трубопроводом 37 и внешним кожухом 45 находится кольцевая спираль 47, образующая в кольцевом пространстве 46 спиральный кольцевой канал 48. Через этот кольцевой канал 48 параллельно движению обрабатываемого материала из вращающейся трубчатой печи 24 подаются дымовые газы в качестве газа-теплоносителя. Это производится через впускной патрубок 49 и выпускной патрубок 50.

Эффективность газа как теплоносителя является наивысшей тогда, когда он с большой скоростью поступает на теплообменную поверхность. Когда дымовые газы, которые в данном случае применяются в качестве газа-теплоносителя, нагнетаются в спиральный кольцевой канал 48, то скорость течения газа вследствие малого поперечного сечения канала 48 повышается, что улучшает теплопередачу. Кроме того, благодаря тому что газ-теплоноситель проходит свой путь по спирали, значительно удлиняется линия активного теплообмена. Например, при длине трубопровода около 6 м длина этой линии составляет около 80 м, тем самым теплосодержание газа используется с наибольшим эффектом.

При этом не только блоки на одних лишь станциях обработки, но также и трубопроводы для дымовых газов выполняются термоизолированными, для того чтобы, с одной стороны, препятствовать передаче тепла в окружающую среду, а с другой, термосодержание дымовых газов полностью использовать для производственного процесса.

Формула изобретения

1. Способ обработки активного ила, включающий сушку, разложение в анаэробных условиях при 250 350^oС и обжиг при температуре более 1250^oС, отличающийся тем, что все стадии обработки, включая транспортировку между стадиями, осуществляют в режиме непрерывного потока в замкнутой системе, на стадии сушки отводят выпар, на стадии разложения газ, после чего выпар и газ конденсируют, тепло дымовых газов, образующихся при обжиге, используют на стадиях сушки и разложения, причем дымовые газы подают параллельно направлению транспортирования обрабатываемого активного ила.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке поддерживают пониженное давление.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что транспортировку обрабатываемого активного ила осуществляют принудительно.

4. Установка для обработки активного ила, содержащая станцию сушки, станцию анаэробной обработки и станцию обжига, обогреваемую газом-теплоносителем, отличающаяся тем, что станция сушки и станция анаэробной обработки снабжены трубчатыми блоками, станция обжига снабжена устройствами для непрерывной транспортировки обрабатываемого материала с герметичными трубопроводами, соединяющими станции между собой и с трубчатой печью.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что станция сушки снабжена соединенным с ней устройством для механического обезвоживания активного ила.

6. Установка по пп.4 и 5, отличающаяся тем, что устройства для непрерывной транспортировки обрабатываемого материала между станциями выполнены в виде двойных червячных транспортеров.

7. Установка пп. 4-6, отличающаяся тем, что трубчатые блоки на станции сушки расположены друг за другом и соединены между собой для последовательного транспортирования обрабатываемого материала.

8. Установка пп.4-7, отличающаяся тем, что трубчатые блоки с противоположным направлением перемещения обрабатываемого материала расположены друг над другом, соединены между собой и образуют сушильную батарею.

9. Установка по пп. 4-8, отличающаяся тем, что трубчатый блок станции сушилки выполнен в виде транспортного трубопровода с установленным внутри него с возможностью вращения червячным транспортером и с наружным трубчатым кожухом для газа-теплоносителя.

10. Установка по пп.4-9, отличающаяся тем, что транспортный трубопровод снабжен кольцевой спиралью, установленной в кожухе и образующей спиральный обогревательный канал.

11. Установка по пп.4-10, отличающаяся тем, что червячный транспортер выполнен из центрального вала с приводом и кольцевой спирали с радиальными распорками, прикрепленными к валу.

12. Установка по пп.4-11, отличающаяся тем, что трубчатые блоки снабжены уложенным на внешней поверхности трубчатого кожуха теплоизоляционным слоем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3