Способ переработки органосодержащего илистого осадка сточных вод
Изобретение относится к области переработки осадков сточных вод с целью их утилизации и получения горючих продуктов, удобрений, сырья для производства строительных материалов. Способ включает смешивание наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком и термообработку смеси для полного обезвоживания. Смешивание наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком проводят посредством послойного напуска осадка на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную сообщающимися с атмосферой и расположенными в шахматном порядке в 2-3 яруса дренами с открытыми торцами. По мере напуска осадка осуществляют равномерное рассеивание наполнителя по поверхности каждого слоя осадка, причем первый слой наполнителя наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен. Термообработку смеси для обезвоживания проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года, после чего производят дальнейшее обезвоживание органосодержащего илистого осадка отжимом влаги с одновременным формированием гранул или брикетов. Гранулы или брикеты подвергают термической обработке в пиролизной установке при температуре 350-500°С при времени обработки 3,5-4,5 часа в восстановительной среде без доступа воздуха с образованием полукокса и парогазовой смеси, из которой конденсируют высокомолекулярные углеводороды и получают топливную жидкость, а газовую составляющую улавливают и направляют на сжигание в пиролизной установке, или при времени обработки до 6 часов с образованием зольного продукта и парогазовой смеси. В качестве наполнителя используют измельченную угольную крошку или измельченные отходы деревообработки в объемной пропорции 1:3-1:5. Использование изобретения позволяет повысить эффективность переработки илистых осадков за счет более полного использования содержащихся в них продуктов и снизить трудоемкость процесса. 1 ил.
Изобретение относится к области переработки илистых осадков, в том числе осадков бытовых сточных вод, животноводческих комплексов и птицефабрик, илистого осадка водохранилищ и озер для обеспечения их утилизации и получения горючих продуктов, сырья для производства строительных материалов и удобрений для мелиорации почв, и может использоваться, в частности, на очистных станциях кондиционирования стоков.
Известен способ обработки осадков сточных вод, включающий сушку осадка в присутствии сланцевой золы пылевидной консистенции в количестве 50-70% от веса обрабатываемого осадка с целью получения сыпучего продукта, пригодного для использования в качестве удобрения в сельском хозяйстве (А.с. СССР №812771, МПК7 C 02 F 11/16, Бюл. №10, 1981).
Недостатком известного способа является низкая эффективность, связанная с недостаточно глубокой переработкой осадков сточных вод и неполным использованием продуктов, содержащихся в смеси.
Известен способ непрерывной сушки осадка сточных вод вымораживанием, включающий подготовку материала, предназначенного для сушки, в виде шлама, который подают вдоль непрерывной технологической линии и на определенном участке этой линии его замораживают, поддерживая падение давления в этой зоне, на следующем участке линии шлам нагревают при пониженном давлении, чтобы обеспечить сублимацию замороженного материала (Патент США №4590684, МПК5 C 02 F 11/20, 23.07.86).
Недостатком известного способа является низкая эффективность, связанная с недостаточно глубокой переработкой осадков сточных вод и неполным использованием продуктов, содержащихся в смеси.
Известен способ обработки (кондиционирования) осадков сточных вод замораживанием и оттаиванием (Очистка производственных сточных вод. Учебн. пособие для вузов /С.В. Яковлев и др.; под ред. С.В. Яковлева, 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985, стр. 263-264, рис.7.14), заключающийся в том, что в заполненные осадком резервуары подается жидкий аммиак, который, испаряясь в трубках, замораживает осадок. В процессе замораживания осадка при температуре от - 5 до - 10°С в течение 50-120 минут часть связанной влаги переходит в свободную, проходит коагуляция твердых частиц осадка и снижается его удельное сопротивление. Пары аммиака из трубок через вакуумный отделитель поступают в компрессор и через маслоотделитель направляются в промежуточный теплообменник, где пары конденсируются с выделением теплоты. Теплый аммиак проходит через трубки резервуара для оттаивания, куда подается замороженный осадок. При оттаивании осадок образует зернистую структуру и его влагоотдача повышается.
Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная необходимостью значительных энергозатрат на циклическое замораживание и оттаивание при недостаточно глубокой переработке осадков сточных вод и неполным использованием продуктов, содержащихся в них.
Известен способ переработки мусора (а.с. СССР №1143931, МПК 5 F 23 G 5/00, БИ №9, 1985) путем термического разложения и химического взаимодействия несортированного мусора с добавками, причем переработку мусора проводят без доступа воздуха при температуре 
700°С и давлении 0,2 МПа, в качестве добавки используют измельченный карбид кальция, который подают в зону реакции отдельным потоком, получают высокомолекулярные углеводороды, конденсируемые при нормальной температуре и давлении 0,2 МПа.
Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная необходимостью создания и поддерживания высокотемпературного режима (выше 700°С), а также предварительного приготовления карбида кальция с использованием шихты, получаемой в результате пиролиза, и дополнительных компонентов с существенными затратами электроэнергии, а также извлечения из мусора металлических и минеральных включений, что также существенно усложняет технологию.
Известен способ сжигания осадков, разработанный финской фирмой “Темпелла” (Очистка производственных сточных вод. Учебн. пособие для вузов /С.В. Яковлев и др./ Под ред. С.В. Яковлева, 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985, стр. 285-286, рис.7.37), заключающийся в том, что предварительно обезвоженный илистый осадок через форсунку подается в печь из жаростойкого материала с псевдоожиженным слоем на слой песка, где он посушивается, истирается и сгорает при температуре 590-780°С. Дымовые газы и зола дожигаются над слоем при температуре 800-850°С, поступают в теплообменник, где охлаждаются воздухом, подаваемым газодувкой. Из теплообменника воздух направляется в печь для поддержания горения и создания псевдоожиженного слоя. Для осуществления процесса горения при пуске печи используются запальные горелки, а в процессе работы горючее подается через рабочие горелки. Выделение золы обеспечивается циклоном, в котором задерживаются мелкие частицы. Воздух охлаждается водой в скруббере и затем с помощью дымососа через трубу выбрасывается в атмосферу. Полученная зола используется как минеральное удобрение или для изготовления строительных материалов.
Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная необходимостью создания и поддерживания процесса горения осадка в печи при высокой температуре с использованием значительного объема горючего, а также значительными энергозатратами на подачу воздуха и создание псевдоожиженного слоя при недостаточно глубокой переработке осадков сточных вод и неполном использовании продуктов, содержащихся в них.
Известен способ переработки осадков сточных вод с получением жидкого топлива (Патент RU №2104970, МПК6 С 02 F 11/10, 11/18, 20.02.98), заключающийся в том, что нагретый до 80-90°С осадок перемешивают с нагретым до 100-160°С нефтяным мазутом или гудроном при величине критерия Рейнольдса более 100 в течение 15-35 минут. Получаемая эмульсия-суспензия используется в качестве жидкого котельного топлива.
Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная необходимостью использования значительных объемов нефтяного мазута или гудрона для получения эмульсии-суспензии, значительными энергетическими затратами, связанными с обеспечением процессов перемешивания смеси при практически полном отсутствии экологической защиты как при приготовлении горючего продукта, так и в процессе его сжигания в типовых котельных агрегатах, когда образуются фураны и другие токсичные газы.
Известен способ переработки горючих твердых бытовых отходов (ТБО) с получением ценных продуктов, включая смолы пиролиза и горючий газ, что обеспечивает возможность проведения процесса пиролиза за счет сжигания только полученных горючих продуктов (Патент RU №2150045, МПК7 F 23 G 5/027, 27.05.2000). ТБО загружают в реактор-газификатор типа шахтной печи противотоком к кислородсодержащему газифицирующему агенту, проводят газификацию горючих компонентов при температуре от 800 до 1300°С, а в состав агента вводят дымовые газы.
Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная необходимостью использования получаемых горючих продуктов только для обеспечения процесса пиролиза перерабатываемых ТБО, сложностью регулирования температурного режима в реакторе при практически полном отсутствии экологической защиты, поскольку в атмосферу выбрасывается значительная часть газов пиролиза, в которых содержатся фураны и другие токсичные газы.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является способ переработки навоза на удобрения, включающий замораживание навоза в зимний период и последующее его размораживание в естественных условиях с одновременным удалением и сбором жидкой фракции, причем замораживание навоза осуществляют послойно, а по мере размораживания и отвода жидкой фракции периодически оставшуюся оттаявшую твердую фракцию - частично обезвоженный органосодержащий илистый осадок перемешивают с торфом - с наполнителем, складируют в бурты и компостируют, при этом в каждом следующем цикле свежую смесь твердой фракции и торфа при складировании перемешивают с ранее буртованной смесью (для полного обезвоживания) сточных вод - по авт. свид. СССР №1456397, МПК4 С 05 F 3/00; 07.02.1989.
Недостатком известного способа является низкая эффективность переработки из-за недостаточно полной глубины переработки органосодержащих илистых осадков, неполного использования продуктов, содержащихся в смеси, при необходимости дополнительных трудозатрат для буртования и перемешивания смеси осадка с наполнителем.
Задача изобретения - разработка нового способа переработки органосодержащих илистых осадков, в частности сточных вод, за счет их замораживания и частичного обезвоживания с последующим высокотемпературным воздействием на такие осадки без доступа воздуха - пиролиза для получения ценных горючих материалов (полукокс, высокомолекулярные углеводороды нефтяного ряда), продуктов для изготовления строительных материалов или зольных продуктов для приготовления удобрительных смесей.
Указанная задача решается следующим образом.
В известном способе переработки органосодержащего илистого осадка сточных вод, включающем смешивание наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком и термообработку смеси для полного обезвоживания, смешивание наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком проводят посредством послойного напуска осадка на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную сообщающимися с атмосферой и расположенными в шахматном порядке в 2-3 яруса дренами с открытыми торцами, по мере напуска осадка осуществляют равномерное рассеивание наполнителя по его поверхности каждого слоя осадка, причем первый слой наполнителя наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен, термообработку смеси для обезвоживания проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года, после чего производят дальнейшее обезвоживание органосодержащего илистого осадка отжимом влаги с одновременным формированием гранул или брикетов и подвергают их термической обработке в пиролизной установке при температуре 350-500°С при времени обработки 3,5-4,5 часа в восстановительной среде без доступа воздуха с образованием полукокса и парогазовой смеси, из которой конденсируют высокомолекулярные углеводороды и получают топливную жидкость, а газовую составляющую улавливают и направляют на сжигание в пиролизной установке, или при времени обработки до 6 часов с образованием зольного продукта и парогазовой смеси, при этом в качестве наполнителя используют измельченную угольную крошку или измельченные отходы деревообработки в объемной пропорции 1:3-1:5.
Отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения являются:
- смешивание наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком проводят посредством послойного напуска осадка на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную сообщающимися с атмосферой и расположенными в шахматном порядке в 2-3 яруса дренами с открытыми торцами, по мере напуска осадка осуществляют равномерное рассеивание наполнителя по поверхности каждого слоя осадка, причем первый слой наполнителя наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен;
- термообработку смеси для обезвоживания проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года;
- дальнейшее обезвоживание органосодержащего илистого осадка проводят отжимом влаги с одновременным формированием гранул или брикетов;
- гранулы или брикеты подвергают термической обработке в пиролизной установке при температуре 350-500°С при времени обработки 3,5-4,5 часа в восстановительной среде без доступа воздуха с образованием полукокса и парогазовой смеси;
- из парогазовой смеси конденсируют высокомолекулярные углеводороды и получают топливную жидкость, а газовую составляющую улавливают и направляют на сжигание в пиролизной установке;
- гранулы или брикеты подвергают термической обработке в пиролизной установке при температуре 350-500°С при времени обработки до 6 часов с образованием зольного продукта и парогазовой смеси;
- в качестве наполнителя используют измельченную угольную крошку или измельченные отходы деревообработки в объемной пропорции 1:3-1:5.
Смешивание наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком проводят посредством послойного напуска осадка на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную сообщающимися с атмосферой и расположенными в шахматном порядке в 2-3 яруса дренами с открытыми торцами, по мере напуска осадка осуществляют равномерное рассеивание наполнителя по поверхности каждого слоя осадка, причем первый слой наполнителя наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен, что позволяет получать смесь илистого осадка с наполнителем, интенсивно удалять несвязанную и рыхлосвязанную органикой воду за пределы площадки и обеспечивает термообработку получаемой смеси за счет вентилирования в холодный период года, способствующего промораживанию.
Термообработку смеси для обезвоживания проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года, что позволяет при минимальных энергетических затратах удалять рыхло- и прочносвязанную воду из смеси органосодержащего илистого осадка и наполнителя и таким образом снижать количество балластной влаги, образующейся при дальнейшей обработки смеси, избыток которой снижает энергетическую ценность газовой смеси, направляемой в пиролизную установку, а также ценность топливной жидкости.
Дальнейшее обезвоживание органосодержащего илистого осадка проводят отжимом влаги с одновременным формированием гранул или брикетов, что упрощает транспортирование и загрузку их в пиролизную установку, сокращает затраты тепла на испарение избыточной влаги при пиролизе и соответственно увеличивает скорость процесса пиролиза, а также обеспечивает свободный проход образующихся газов в макропорах сырья, размещаемого в нижней части пиролизной установки.
Гранулы или брикеты подвергают термической обработке в пиролизной установке при температуре 350-500°С при времени обработки 3,5-4,5 часа в восстановительной среде без доступа воздуха с образованием полукокса и парогазовой смеси, что обеспечивает глубокую переработку органосодержащего илистого осадка с получением ценных продуктов, в частности полукокса, при дальнейшем использовании его в различных производственных процессах: как горючего продукта в металлургии или как сорбента при водоподготовке.
Из парогазовой смеси конденсируют высокомолекулярные углеводороды и получают топливную жидкость, а газовую составляющую улавливают и направляют на сжигание в пиролизной установке, что обеспечивает получение ценного горючего продукта нефтяного ряда с использованием его в различных технологических процессах, а также обеспечивает возможность поддержания оптимального температурного режима в пиролизной установке без дополнительного привлечения других горючих материалов при том, что температура газовой составляющей выше 200°С, а это существенно уменьшает энергетические затраты для обеспечения процессов пиролиза.
Гранулы или брикеты подвергают термической обработке в пиролизной установке при температуре 350-500°С при времени обработки до 6 часов с образованием зольного продукта и парогазовой смеси, что позволяет проводить глубокую переработку илистого осадка, а полученный зольный продукт может использоваться как основа легких строительных материалов - легких бетонов или как основа приготовления калийсодержащих удобрительных смесей для мелиорации почв.
В качестве наполнителя используют измельченную угольную крошку или измельченные отходы деревообработки в объемной пропорции 1:3-1:5, что обеспечивает существенное снижение влажности смеси указанных компонентов и илистых органосодержащих осадков при ее подготовке за счет дренирования и промораживания и соответственно снижает энергозатраты на обезвоживание, а в процессе пиролиза обеспечивается увеличение выхода конечных продуктов, поскольку углеродсодержащая составляющая наполнителей входит в состав получаемого полукокса и углеводородов нефтяного ряда.
Таким образом, обеспечивается причинно-следственная связь совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения и достигаемого технического результата: наиболее полной глубины переработки органосодержащих илистых осадков за счет их высокотемпературной обработки без доступа воздуха - пиролиза с получением ценных горючих материалов (полукокс, высокомолекулярные углеводороды), продуктов для изготовления строительных материалов или зольных продуктов для приготовления удобрительных смесей практически без привлечения дополнительного количества топлива для поддержания процесса переработки осадков и при обеспечении экологической безопасности процесса, исключающего вредные выбросы в атмосферу.
Пример промышленной применимости изобретения.
На чертеже представлена схема, иллюстрирующая последовательность операций предлагаемого способа переработки органосодержащего илистого осадка. На схеме условно показан трубопровод 1, по которому от очистных сооружений сточных вод подают на обезвоживание илистый органосодержащий осадок на площадки 2 с выровненной поверхностью, с бетонным или асфальтовым покрытием, оснащенные дренами 3, расположенными в два-три яруса, обезвоженный осадок транспортером 4 подают в шнековый пресс 5, в котором формируют гранулы или брикеты и накапливают их в камере 6 осушения гранул. По транспортеру 7 гранулы с требуемой периодичностью подают в блок загрузки 8 пиролизной установки 9, оснащенной кольцевой печью 10, форкамерой 11 с газовой инжекционной горелкой 12 и мазутной инжекционной горелкой 13, а также блоком выгрузки 14 с емкостью-накопителем 15. Парогазовую смесь из пиролизной установки 9 последовательно подают в циклон 16, холодильник 17, скруббер 18 и фильтр-каплеуловитель 19. Жидкую фракцию полученных продуктов из холодильника 17, скруббера 18 и фильтра 19 направляют в отстойник 20, из которого отводят жидкое топливо - топливную жидкость (мазут) в емкость 21. Газовую составляющую из фильтра-каплеуловителя 19 с помощью газодувки 22 направляют в газовую инжекционную горелку 12 форкамеры 11, а избыток низкокалорийных газов направляют в форкамеру 23 воздухонагревателя 24, из которого нагретый воздух, подаваемый воздуходувкой 25, направляют в камеру 6 осушения гранул.
Способ осуществляют следующим образом.
По трубопроводу 1 от очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод или животноводческих (птицеводческих) комплексов подают на обезвоживание илистый органосодержащий осадок во влажно-текучем состоянии с влажностью 80-90% и выше на площадки 2 с выровненной поверхностью, с бетонным или асфальтовым покрытием, оснащенные дренами 3, расположенными в два-три яруса, торцы которых выводят за пределы поперечных съемных стенок и оставляют открытыми. Органосодержащий илистый осадок может подаваться и с иловых площадок очистных сооружений при недостаточной степени их обезвоживания, иловых биологических прудов или водохранилищ, например, хозяйственно-питьевого назначения. Дрены 3 выполняют, например, из труб дренажных гофрированных из полиэтилена низкого давления (ТУ 33-1018312-89) с наружным диаметром 50 мм, с расстоянием между дренами 3 не более 1,5 м. Устанавливают инвентарные съемные стенки по периметру площадки 2 с размерами по ширине, например, 5-6 м и по длине - 10-12 м с таким расчетом, чтобы торцы дрен 3 были выведены за пределы поперечных съемных стенок и оставались открытыми. С целью ускорения процесса приготовления смеси площадку 2 размещают под навесом, что предотвращает дополнительное увлажнение ее при выпадении осадков. Дрены 3 первого яруса до напуска осадка засыпают слоем наполнителя толщиной 0,07-0,10 м, например измельченной угольной крошкой или измельченными отходами деревообработки. Конец трубопровода 1 для подачи осадка целесообразно выполнять гибким с размещением его непосредственно на поверхности слоя наполнителя для уменьшения степени его размыва, и производят напуск осадка с одновременным рассеиванием наполнителя. Рассеивание его производят, например, с помощью механизмов, применяемых для разбрасывания минеральных удобрений: РУМ-5 или РУМ-8 или с помощью транспортера. После напуска осадка слоем 0,5-0,6 м на его поверхность в шахматном порядке относительно первого яруса дрен 3 укладывают второй ярус дрен 3 и равномерно засыпают слоем наполнителя толщиной 0,05-0,07 м и вновь проводят напуск осадка слоем 0,5-0,6 м и рассеивание наполнителя, укладывают третий ярус дрен 3, засыпают наполнителем слоем той же толщины и проводят напуск третьего слоя осадка 5 с одновременным рассеиванием наполнителя. Общий объем наполнителя должен быть не менее 20-33% от общего объема осадка в трех образованных слоях. На первом этапе несвязанная вода из каждого слоя осадка поступает в дрены 3 и отводится по ним за пределы площадки 2 в сборный канал. При этом процесс отвода несвязанной воды интенсифицируется за счет наличия на уровне каждого яруса дрен 3 относительно хорошо проницаемого слоя наполнителя. Для более равномерного распределения наполнителя в толще каждого слоя осадка рассеивание его проводят также и по мере напуска каждого слоя осадка. При наступлении отрицательных температур воздуха происходит промораживание осадка с наполнителем как за счет проникновения холода через открытую поверхность образованного бурта и боковые поверхности ограждающих конструкций - инвентарных съемных стенок, так и за счет проникновения холода через открытые торцы дрен 3. В процессе активного промораживания осадка при температуре от - 5 до - 10°С часть связанной влаги переходит в свободную, проходит коагуляция твердых частиц осадка и снижается его удельное сопротивление, рыхло- и прочносвязанная вода, которой в осадке сточных вод содержится до 20-28% от общего количества воды, освобождается из органических структур и образует микролинзы льда внутри смеси из осадка и наполнителя. При этом расположение дрен 3 в шахматном порядке обеспечивает взаимное пересечение ореолов промораживания, образующихся вокруг каждой дрены 3, что способствует выравниванию температуры внутри бурта и полному замораживанию всего объема смеси. Таким образом, рыхло- и прочносвязанная вода после оттаивания бурта достаточно легко отводится дренами 3 и влажность смеси в целом понижается до 40%, при этом быстрому оттаиванию способствуют дрены 3, открытые концы которых обеспечивают проникновение положительных температур внутрь бурта, а вода при оттаивании образованных при замораживании микролинз отводится дренами 3 линз отводится дренами 3 за пределы площадки 2 в сборный канал. Инвентарные съемные стенки и дрены 3 в процессе приготовления смеси органосодержащего осадка с наполнителем используются многократно. Общий объем смеси на одной площадке с размерами в плане 6×12 м при высоте стенок 1,6-2,5 м составляет 110-120 м3. Например, при годовой мощности очистных сооружений сточных вод Де-Фриз г. Владивостока 6,2 млн м3 (17 тыс. м3/сут) общий объем органосодержащего осадка составляет 2500 т (более 3,1 тыс. т смеси осадка с наполнителем), потребуется 10-20 площадок 2 с учетом периодичности их загрузки.
Частично обезвоженную смесь осадка с наполнителем транспортером 4 подают в шнековый пресс 5, в котором проводят ее дальнейшее обезвоживание отжимом влаги, а за счет вращения шнека обеспечивается перемещение смеси к головке, оснащенной формовочными отверстиями, что позволяет получать гранулы или брикеты, накапливающиеся в камере 6 осушения. В камеру 6 осушения гранул от воздухонагревателя 24 с помощью воздуходувки 25 направляют нагретый воздух, что обеспечивает подсушивание смеси осадка с наполнителем, сформированной в виде гранул. Это упрощает транспортирование и загрузку их в пиролизную установку 9, сокращает затраты тепла на испарение избыточной влаги при пиролизе, что соответственно увеличивает скорость процесса пиролиза, а также обеспечивает свободный проход образующихся газов в макропорах сырья, размещаемого в нижней части пиролизной установки 9. Подсушенные гранулы из камеры 6 транспортером 7 с требуемой периодичностью подают в блок загрузки 8, обеспечивающий минимальные потери тепла из пиролизной установки 9, и производят ее загрузку. Причем объем одновременно помещаемых в пиролизную установку 9 гранул определяется размерами ее рабочей камеры. При этом в общем объеме сырья, которое подают в пиролизную установку 9, количество частиц мелких фракций не должно превышать 5%, поскольку увеличение штыба препятствует свободному проходу газов, образующихся в процессе пиролиза, и приводит к потерям выхода полукокса из-за быстрого перехода мелких частиц в зольный продукт. В пиролизной установке 9, оснащенной, например, кольцевой печью 10 и форкамерой 11 с газовой 12 и мазутной 13 инжекционными горелками, создают и поддерживают требуемый температурный режим за счет сжигания пиролизного газа, который после фильтра-каплеуловителя 20 отбирают и направляют с помощью газодувки 22 в газовую 12 инжекционную горелку форкамеры 11, и за счет сжигания части мазута, получаемого в процессе переработки органосодержащего илистого осадка, который подают в мазутную 13 инжекционную горелку. Мазутную 13 инжекционную горелку разжигают только в момент запуска пиролизной установки 9 до загрузки сформированных гранул и на первом этапе проводят прогрев реактора - внутренней полости пиролизной установки до температуры 200°С. После загрузки включают газодувку 22 и по достижении температуры в реакторе 350°С, при которой начинается устойчивая газогенерация, прекращают подачу топливной жидкости (мазута) из емкости 21 топливной жидкости и отключают мазутную 13 инжекционную горелку. Сформированные гранулы или брикеты, загруженные в пиролизную установку - конвертор 9, подвергают термической обработке при температуре в зоне пиролиза 350-500°С. При времени обработки гранул 3,5-4,5 часа в восстановительной среде без доступа воздуха в пиролизной установке 9 образуется полукокс и парогазовая смесь. При времени обработки до 6 часов образуется зольный продукт и парогазовая смесь. Разгрузку пиролизной установки 9 производят через блок выгрузки 14, представляющий собой шлюзовую камеру, обеспечивающую минимальные потери тепла. Получаемый твердый топливный продукт - полукокс в виде гранул или зольный продукт загружают в емкость-накопитель 15. Таким образом, в результате пиролизной обработки органосодержащего илистого осадка обеспечивается получение ценных продуктов, в частности полукокса, при возможности дальнейшего использования его в различных производственных процессах: как горючего продукта в металлургии или как сорбента при водоподготовке, а зольный продукт может использоваться как основа легких строительных материалов - легких бетонов или как основа приготовления калийсодержащих удобрительных смесей для мелиорации почв.
Парогазовую смесь, образующуюся в процессе пиролиза, направляют в циклон 16, в котором обеспечивают очистку ее от механических примесей. После отделения механических примесей парогазовую смесь направляют в холодильник 17, где проводят конденсацию жидкой составляющей парогазовой смеси, включающей в основном высокомолекулярные углеводороды - топливную жидкость, близкую по своим характеристикам к мазуту, который подают в емкость-отстойник 20, проводят полное разделение балластной жидкости и мазута и перепускают его в емкость 21 топливной жидкости. Газовую составляющую направляют в скруббер 18, где осуществляют улавливание основного количества топливной жидкости - мазута, поступающего из холодильника 17 в виде аэрозоля. Далее газовую смесь подают в фильтр-каплеуловитель 19, оснащенный специальной насадкой, например, из синтетического волокна, где проводят окончательную газоочистку. Жидкую фракцию из скруббера 18 и фильтра-каплеуловителя 19 также направляют в емкость-отстойник 20, где проводят полное разделение балластной и топливной жидкости (мазута) и перепускают ее в емкость 21 топливной жидкости. После фильтра-каплеуловителя 19 газовую составляющую газодувкой 22 дозировано подают через воздухонагреватель 24 в форкамеру 11. В состав газов при пиролизе органосодержащих осадков преимущественно входят водород (Н 2) - 13,8%; азот (N2) - 13,2%; этилен (С 2H4) - 3,5%; метан (СН4) - 17%; (СО) - 7,9%; сероводород (H2S), диоксид углерода (CO 2) - 43,4% и другие балластные газы - 1,2%.
Учитывая низкую калорийность пиролизной газовой смеси, сжигание ее проводят в форкамере 11 за счет создания в ней высокой тепловой напряженности и стабилизации горения при определенном режиме движения газового потока. Сжиганием горючих компонентов газовой смеси обеспечивают поддержание процесса пиролиза в пиролизной установке 9, а также проводят полное дожигание балластных газов. Избыточное количество низкокалорийной газовой смеси газодувкой 22 подают в форкамеру 23, где обеспечивают полное сжигание газовой смеси, чем предотвращают вредные выбросы в атмосферу. При направлении сжигаемых газов в теплообменник воздухонагревателя 24 проводят нагрев атмосферного воздуха, подаваемого воздуходувкой 25, и направляют его в камеру 6 осушения гранул.
Таким образом, из парогазовой смеси конденсируют высокомолекулярные углеводороды и получают топливную жидкость нефтяного ряда, по своим свойствам близкую к мазуту, а газовую составляющую улавливают и направляют на сжигание в конверторе - пиролизной установке 9, а избыток ее дожигают в форкамере 23. Это обеспечивает получение ценного горючего продукта нефтяного ряда с использованием его в различных технологических процессах, а также обеспечивает возможность поддержания оптимального температурного режима в пиролизной установке 9 без дополнительного привлечения других горючих материалов при том, что температура газовой составляющей выше 150-200°С и, следовательно, существенно уменьшатся энергетические затраты для обеспечения процессов пиролиза.
Применение способа исключает активное воздействие на экологическую ситуацию как за счет полной утилизации илистых осадков очистных сооружений, так и за счет предотвращения вредных выбросов в атмосферу.
Результаты термической переработки органосодержащих илистых осадков бытовых сточных вод путем пиролиза (высокотемпературного нагрева без доступа воздуха) на пилотной установке на очистных сооружениях Де-Фриз (г. Владивосток) показали ее высокую эффективность. Пилотная пиролизная установка представляет собой реактор шахтного типа с огнеупорной футеровкой, оснащенный шлюзовыми камерами для загрузки сырья и выгрузки готового продукта, систему конденсации топливной жидкости и системой обработки парогазовой смеси. При применении способа получают до 50% (по отношению к абсолютно сухому веществу) твердых горючих продуктов (полукокс или пирокарбон), до 25% жидких продуктов нефтяного ряда (мазут) и до 15% газообразных продуктов (газ пиролиза - топочный газ). Годовой экономический эффект от использования способа переработки органосодержащего осадка при общем его объеме 2500 т (более 3,1 тыс. т смеси осадка с наполнителем) на указанных очистных сооружениях составляет более 2,0 млн рублей.
Формула изобретения
Способ переработки органосодержащего илистого осадка сточных вод, включающий смешивание наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком и термообработку смеси для полного обезвоживания, отличающийся тем, что смешивание наполнителя с частично обезвоженным илистым осадком проводят посредством послойного напуска осадка на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную сообщающимися с атмосферой и расположенными в шахматном порядке в 2-3 яруса дренами с открытыми торцами, по мере напуска осадка осуществляют равномерное рассеивание наполнителя по поверхности каждого слоя осадка, причем первый слой наполнителя наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен, термообработку смеси для обезвоживания проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года, после чего производят дальнейшее обезвоживание органосодержащего илистого осадка отжимом влаги с одновременным формированием гранул или брикетов и подвергают их термической обработке в пиролизной установке при температуре 350-500°С при времени обработки 3,5-4,5 ч в восстановительной среде без доступа воздуха с образованием полукокса и парогазовой смеси, из которой конденсируют высокомолекулярные углеводороды и получают топливную жидкость, а газовую составляющую улавливают и направляют на сжигание в пиролизной установке, или при времени обработки до 6 ч с образованием зольного продукта и парогазовой смеси, при этом в качестве наполнителя используют измельченную угольную крошку или измельченные отходы деревообработки в объемной пропорции 1:3-1:5.
РИСУНКИ
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.11.2007
Извещение опубликовано: 27.11.2007 БИ: 33/2007
