СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ШЛАМА СТОЧНЫХ ВОД

Изобретение относится к области экологической защиты природы от отходов сточных вод, а именно к санитарной технике, и может найти применение при утилизации шламов городских и производственных сточных вод.

Известно несколько способов и систем для их реализации, описанных в следующих заявках РФ.

2104970 от 1998.02.20. Способ переработки осадков сточных вод с получением жидкого топлива.

Сущность способа заключается в том, что осадок, нагретый до 80-90^oС, перемешивают с нагретым до 100-160^oС нефтяным мазутом или гудроном при величине критерия Рейнольдса более 100 в течение 15-35 минут. Получаемая эмульсия-суспензия используется в качестве жидкого котельного топлива.

2142098 от 1999.11.27. Превращение шлама с бумажных фабрик или подобных материалов.

Сущность способа заключается в том, что вводят шлам в циклонную печь вместе со вторым источником топлива для сжигания шлама, используя теплотворную способность шлама, превращают его зольное содержимое в шлак. Шлам обеспечивает только 10-40% теплоты, подводимой в печь.

2109795 от 1998.04.27. Способ получения жидкого бессернистого органического топлива.

Сущность способа заключается в том, что суспензию избыточного активного ила, являющуюся отходом после биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, уплотняют до концентрации 25-90 г/л и подвергают щелочному гидролизу обработкой гидроксидом натрия или его смесью с карбонатом натрия в количестве 10-50 кг/т в расчете на абсолютно сухое вещество, полученный щелочной гидролизат отделяют от нерастворившейся части осадка и упаривают (с применением дополнительного топлива) до концентрации 75-80 мас. %.

2115697 от 1998.07.20. Способ получения жидкого бессернистого органического топлива.

Сущность способа заключается в том, что предварительно уплотняют смеси суспензии осадка первичных отстойников, являющегося отходом процесса очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, суспензии избыточного активного ила, являющегося отходом после биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Полученные продукты обрабатывают коагулянтом, обезвоживают до концентрации 10-30 мас.% и подвергают гидролизу. Полученный гидролизат отделяют от нерастворившейся части осадка и упаривают (с применением дополнительного топлива) до концентрации 65-80 мас.% с получением целевого продукта.

1573911 от 1999.08.27. Способ переработки осадков сточных вод целлюлозно-бумажного производства.

Способ включает механическое обезвоживание осадка, термообработку (с применением дополнительного топлива) концентрата в псевдоожиженном слое катализатора с образованием карбонизированного продукта и промывку его. При этом механическое обезвоживание осадка проводят до содержания сухих веществ 20-25%, термообработку концентрата проводят в псевдоожиженном слое алюмомагнийхромового катализатора, организованного решетчатой насадкой, а на выходе из псевдоожиженного слоя катализатора карбонизированный продукт охлаждают до 200-300^oС.

95112218 от 1997.10.10. Способ обработки избыточного активного ила.

Способ включает предварительное уплотнение, обезвоживание фильтрованием с последующей сушкой и сжиганием обезвоженного осадка. Перед стадией фильтрования предварительно уплотненный избыточный активный ил обрабатывают белым шламом, полученным на стадии каустизации зеленого щелока в процессе сульфат-целлюлозного производства, при перемешивании и объемном соотношении белый шлам : избыточный активный ил, равном 1:5-10.

2145944 от 2000.02.27. Способ обеззараживания осадков сточных вод.

Способ включает предварительное обезвоживание осадка, гранулирование, термообработку в псевдоожиженном слое, мокрую очистку сушильных газов от пыли и конденсацию водяных паров.

Для всех перечисленных способов и установок характерен общий недостаток - высокие эксплуатационные затраты, поскольку для сжигания шлама требуется постоянное попутное сжигание дополнительного топлива.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению являются способ и установка для сжигания осадков сточных вод, описанные в монографии "Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга", Санкт-Петербург: Стройиздат, 1999, с. 197, 380-389.

Известный способ утилизации шламов сточных вод заключается в том, что шлам подвергают следующим стадиям обработки:
- (а) обезвоживания, предусматривающей измерение концентрации сухих веществ в шламе, подачу его винтовыми насосами-дозаторами на центрифугу с одновременным его подогревом при помощи попутного пара путем его прямой эжекции в трубопровод, механическое его обезвоживание на центрифуге с подачей в нее раствора флокулянта, полученного путем перемешивания флокулянта с технической водой, измерение величины вращающего момента на шнеке и в зависимости от него корректировку величины регулирования - разницы между скоростями вращения барабана и шнека центрифуги, которую определяют в зависимости от значения измеренной величины вращающего момента на шнеке и требуемой концентрации обезвоженного шлама;
- (б) сушки и сжигания, предусматривающей подачу в печь предварительно нагретого воздуха и полученного на стадии (а) обезвоженного шлама для смешения с псевдоожиженным слоем песка, нагретого до температуры более 700^oС, и при необходимости дополнительную подачу топлива в виде природного газа для регулировки температуры псевдоожиженного слоя, утилизацию части тепла уходящих газов в воздухо-воздушном теплообменнике для нагрева воздуха, подаваемого в псевдоожиженный слой песка, то же в котле-утилизаторе - для получения попутного пара;
- (в) удаления золы из уходящих газов, предусматривающей подачу уходящих газов на электрофильтр, отделение золы под действием электрического поля и вывода ее на утилизацию;
- (г) очистки дымовых газов, предусматривающей подачу их на нисходящую колонну Вентури с непрерывным контактированием с циркулирующим кислотным раствором, последующую подачу на восходящую орошаемую колонну с непрерывным контактированием с циркулирующим щелочным раствором.

Существенными недостатками этого известного способа являются:
- колебания параметров влагоотдающих свойств шлама, выходящие за пределы, допустимые для корректировки влажности кека при помощи обратного привода центрифуги;
- колебания соотношения зольной и органической части шлама, выходящие за пределы, необходимые для обеспечения устойчивости процессов его горения;
- ненадежность обеспечения одного из важных условий для ведения процесса утилизации шлама - поддержание постоянной нагрузки на центрифугу по сухому веществу (произведение расхода на концентрацию сухих веществ).

Система, реализующая указанный способ, содержит:
- (а) блок обезвоживания, включающий по меньшей мере одну технологическую линию обезвоживания, содержащую винтовой насос-дозатор шлама с приводом, всасывающим трубопроводом, на котором установлен датчик концентрации, и напорным трубопроводом, соединенным с подающим трубопроводом шлама, на котором установлен расходомер шлама и эжектор пара с всасывающим патрубком, насос-дозатор флокулянта с приводом, с всасывающим трубопроводом, соединенным с растворными емкостями раствора флокулянта, которые через смеситель флокулянта соединены с емкостью флокулянта и трубопроводом технической воды, с напорным трубопроводом раствора флокулянта и расходомером раствора флокулянта, центрифугу с барабаном, шнеком, главным приводом для вращения барабана, обратным приводом для изменения относительной скорости вращения шнека и барабана, измерителями скоростей вращения ротора и шнека, высоконапорный насос обезвоженного шлама с напорным трубопроводом, при этом подающий трубопровод шлама и напорный трубопровод раствора флокулянта соединены с центрифугой, а обратный привод центрифуги выполнен в виде частотно-регулируемого электропривода по схеме "преобразователь частоты - асинхронный двигатель", включающий асинхронный электродвигатель и статический преобразователь частоты;
- (б) блок сушки и сжигания, включающий по меньшей мере одну технологическую линию сушки и сжигания, содержащую печь с дутьевой камерой, куполом, линией уходящих газов, камерой сгорания, по меньшей мере одним инжектором шлама, по меньшей мере одним инжектором дополнительного топлива в виде природного газа, датчиком температуры псевдоожижения, установленными в камере сгорания, датчиком температуры уходящих газов, установленным на линии уходящих газов, нагнетатель псевдоожижения с всасывающей и напорной линиями, последовательно установленные воздухо-воздушный теплообменник с патрубками подвода и отвода нагреваемого воздуха и испарительные пакеты, соединенные с котлом-утилизатором, соединенным с паросборником, при этом линия уходящих газов соединена с воздухо-воздушным теплообменником с патрубками подвода и отвода нагреваемого воздуха, дутьевая камера печи соединена с патрубком отвода, а нагнетательная линия нагнетателя псевдоожижения подключена к патрубку подвода нагреваемого воздуха воздухо-воздушного теплообменника, паросборник котла-утилизатора соединен с всасывающим патрубком эжектора пара;
- (в) блок удаления золы из уходящих газов, включающий по меньшей мере одну технологическую линию удаления золы из уходящих газов, содержащую электрофильтр с подводящей и отводящей линиями газов, систему сбора и удаления золы, при этом подводящая линия газов соединена с испарительными пакетами;
- (г) блок очистки дымовых газов, включающий по меньшей мере одну технологическую линию очистки дымовых газов, содержащую последовательно установленные воздухо-воздушный охладитель с подводящим и отводящим патрубком подогреваемого воздуха, нисходящую колону Вентури с циркуляционным кислотным контуром и восходящую орошаемую колону с циркуляционным щелочным контуром, дымососом с всасывающей и напорной линией, при этом всасывающая линия дымососа соединена с отводящим патрубком подогреваемого воздуха, восходящая орошаемая колона - с подводящим патрубком воздухо-воздушного охладителя.

Существенными недостатками системы, реализующей указанный способ, являются:
1. Низкая устойчивость технологического процесса утилизации шлама из-за того, что:
- насос-дозатор шлама винтового типа при фиксированной скорости вращения его привода обеспечивает постоянной только гидравлическую нагрузку на центрифугу, но не может обеспечить постоянной нагрузку по сухому веществу;
- эксплуатационная надежность датчика концентрации шлама очень низка, достоверность его показаний не высокая;
- обратный привод центрифуги не обеспечивает необходимую стабильность влажности кека при больших колебаниях влагоотдающих свойств шлама, поступающего на обезвоживание.

2. Высокие эксплуатационные и капитальные затраты при приготовлении раствора флокулянта из-за того, что:
- отсутствует система подогрева воды-растворителя;
- дозаторы шлама винтового типа, датчика концентрации шлама имеют малую наработку между отказами.

Целью изобретения является повышение устойчивости технологического процесса, снижение эксплуатационных и капитальных затрат при утилизации шлама.

Первой задачей изобретения является развитие известного способа утилизации шлама сточных вод путем поиска новых операций и оптимальных режимов известных в нем операций с одновременным поиском путей снижения затрат и повышения его экологической чистоты, надежности.

Второй задачей изобретения является создание системы, реализующий предлагаемый способ утилизации шлама сточных вод при одновременном снижении затрат на его создание и при максимальном использовании традиционного оборудования.

Первая задача решена так, что в известном способе, включающем следующие стадии обработки:
- (а) обезвоживания, предусматривающую измерение концентрации сухих веществ в шламе, подачу его насосами-дозаторами на центрифугу с одновременным его подогревом при помощи попутного пара путем его прямой эжекции в трубопровод, механическое обезвоживание шлама на центрифуге с подачей в нее раствора флокулянта, полученного путем перемешивания флокулянта с технической водой, измерение величины вращающего момента на шнеке и в зависимости от него корректировку величины регулирования - разницы между скоростями вращения барабана и шнека центрифуги, которую определяют в зависимости от значения измеренной величины вращающего момента на шнеке и требуемой концентрации обезвоженного шлама;
- (б) сушки и сжигания, предусматривающую подачу в печь предварительно нагретого воздуха и полученного на стадии (а) обезвоженного шлама для смешения с псевдоожиженным слоем песка, нагретого до температуры более 700^oС, и при необходимости дополнительную подачу топлива в виде природного газа для регулировки температуры псевдоожиженного слоя, утилизацию части тепла уходящих газов в воздухо-воздушном теплообменнике для нагрева воздуха, подаваемого в псевдоожиженный слой песка, то же в котле-утилизаторе - для получения попутного пара;
- (в) удаления золы из уходящих газов, предусматривающую подачу уходящих газов на электрофильтр, отделение золы под действием электрического поля и вывод ее на утилизацию;
- (г) очистки дымовых газов, предусматривающую подачу их на нисходящую колону Вентури с непрерывным контактированием с циркулирующим кислотным раствором, последующую подачу на восходящую орошаемую колону с непрерывным контактированием с циркулирующим щелочным раствором,
согласно нашему изобретению введены следующие операции:
1. До стадии (а) дополнительно осуществляют стадию (1) - подготовки к обезвоживанию шлама, предусматривающую выделение осадка в первичных отстойниках, получение уплотненного избыточного ила в илоуплотнителях, подачу осадка и уплотненного избыточного ила насосными установками в резервуар шлама, подачу подготовленного шлама при помощи насосов-дозаторов на стадию (а), при этом среднесуточные показатели работы насосной установки осадка P₁ и среднесуточные показатели работы насосной установки уплотненного избыточного ила Р₂ определяют периодически на этапах корректировки технологического процесса очистки сточных вод из условия обеспечения требуемой степени их очистки по всем или основным контролируемым ингредиентам, дозу флокулянтов d_флок - из условия обеспечения требуемых показателей обезвоживания шлама, в периоды между корректировками технологического процесса очистки сточных вод дозу флокулянтов d_флок, показатель k=Q_ос/Q_уи, где Q_ос - производительность насосной установки осадка, Q_уи - производительность насосной установки уплотненного избыточного ила, в непрерывном режиме поддерживают постоянными, кроме того, температуру шлама поддерживают на оптимальном для процесса обезвоживания уровне, непрерывно регулируя подачу попутного пара на эжектор, на стадии (а) техническую воду до ее перемешивания с флокулянтом нагревают, утилизируя часть тепла, накапливающегося в циркулирующем щелочном растворе.

2. В качестве среднесуточных показателей работы насосной установки осадка Р₁ и среднесуточных показателей работы насосной установки уплотненного избыточного ила Р₂ принимают соответственно среднесуточную производительность насосной установки осадка Q

4. Между корректировками параметров шлама поддерживают k = Q_ос/Q_уи = P₁/P₂.

5. Дозировку шлама осуществляют центробежно-вихревыми насосами с незасоряемой шламом сточных вод проточной частью, а уровень шлама в резервуаре шлама поддерживают постоянным.

6. Дополнительно осуществляют снижение зольности осадка до подачи в резервуар шлама путем его обработки на гидравлических циклонах.

Это обусловлено тем, что предлагаемый способ позволяет получить четыре эффекта.

Первый эффект заключается в том, что предлагаемый способ позволяет поддерживать стабильной нагрузку на центрифугу по сухому веществу независимо от концентрации шлама сточных вод на входе в центрифугу, т.к. дозировку шлама осуществляют центробежно-вихревыми насосами с незасоряемой шламом сточных вод проточной частью, а уровень шлама в резервуаре шлама поддерживают постоянным.

Второй эффект заключается в том, что предлагаемый способ позволяет поддерживать колебания параметров влагоотдающих свойств шлама в пределах, допустимых для корректировки влажности кека при помощи обратного привода центрифуги, т. к. корректировку среднесуточных показателей работы насосной установки осадка P₁ и среднесуточных показателей работы насосной установки уплотненного избыточного ила Р₂ осуществляют одновременно с корректировкой дозы флокулянтов d_флок, а между корректировками параметров шлама поддерживают k = Q_ос/Q_уи = P₁/P₂.

Третий эффект заключается в том, что предлагаемый способ позволяет поддерживать колебания соотношения зольной и органической части шлама в пределах, необходимых для обеспечения устойчивости процессов его обезвоживания и горения, т.к. среднесуточную производительность насосной установки осадка и среднесуточную производительность насосной установки уплотненного избыточного ила Q

Четвертый эффект заключается в том, предлагаемый способ позволяет повысить устойчивость и надежность технологического процесса утилизации шлама при одновременном снижении в 2-3 раза эксплуатационных и капитальных затрат, в том числе при приготовлении раствора флокулянта, т.к.:
1. До стадии (а) дополнительно осуществляют стадию (1), позволяющую провести первичную стабилизацию параметров шлама (влагоотдающих, соотношение зольной и органической части) на этапе подготовки его к обезвоживанию.

2. Дополнительно для уменьшения расхода топлива осуществляют снижение зольности осадка до подачи в резервуар шлама путем его обработки на гидравлических циклонах.

3. Техническую воду до ее перемешивания с флокулянтом нагревают до 20-30^oС, утилизируя часть тепла, накапливающегося в циркулирующем щелочном растворе.

Вторая задача решена так, что в известной системе, включающей следующие блоки:
- (а) обезвоживания, включающий по меньшей мере одну технологическую линию обезвоживания, содержащую насос-дозатор шлама с приводом, всасывающим трубопроводом, на котором установлен датчик концентрации, и напорным трубопроводом, соединенным с подающим трубопроводом шлама, на котором установлен расходомер шлама и эжектор пара с всасывающим патрубком, насос-дозатор флокулянта с приводом, с всасывающим трубопроводом, соединенным с растворными емкостями раствора флокулянта, которые через смеситель флокулянта соединены с емкостью флокулянта и трубопроводом технической воды, с напорным трубопроводом раствора флокулянта и расходомером раствора флокулянта, центрифугу с барабаном, шнеком, главным приводом для вращения барабана, обратным приводом для изменения относительной скорости вращения шнека и барабана, измерителями скоростей вращения ротора и шнека, высоконапорный насос обезвоженного шлама с напорным трубопроводом, при этом подающий трубопровод шлама и напорный трубопровод раствора флокулянта соединены с центрифугой, а обратный привод центрифуги выполнен в виде частотно-регулируемого электропривода по схеме "преобразователь частоты - асинхронный двигатель", включающий асинхронный электродвигатель и статический преобразователь частоты;
- (б) сушки и сжигания, включающий по меньшей мере одну технологическую линию сушки и сжигания, содержащую печь с дутьевой камерой, куполом, линией уходящих газов, камерой сгорания, по меньшей мере одним инжектором шлама, по меньшей мере одним инжектором дополнительного топлива в виде природного газа, датчиком температуры псевдоожижения, установленными в камере сгорания, датчиком температуры уходящих газов, установленным на линии уходящих газов, нагнетатель псевдоожижения с всасывающей и напорной линиями, последовательно установленные воздухо-воздушный теплообменник с патрубками подвода и отвода нагреваемого воздуха и испарительные пакеты, соединенные с котлом-утилизатором, соединенным с паросборником, при этом линия уходящих газов соединена с воздухо-воздушным теплообменником с патрубками подвода и отвода нагреваемого воздуха, дутьевая камера печи соединена с патрубком отвода, а нагнетательная линия нагнетателя псевдоожижения подключена к патрубку подвода нагреваемого воздуха воздухо-воздушного теплообменника, паросборник котла-утилизатора соединен с всасывающим патрубком эжектора пара;
- (в) удаления золы из уходящих газов, включающий по меньшей мере одну технологическую линию удаления золы из уходящих газов, содержащую электрофильтр с подводящей и отводящей линиями газов, систему сбора и удаления золы, при этом подводящая линия газов соединена с испарительными пакетами;
- (г) очистки дымовых газов, включающий по меньшей мере одну технологическую линию очистки дымовых газов, содержащую последовательно установленные воздухо-воздушный охладитель с подводящим и отводящим патрубком подогреваемого воздуха, нисходящую колонну Вентури с циркуляционным кислотным контуром и восходящую орошаемую колону с циркуляционным щелочным контуром, дымососом с всасывающей и напорной линией, при этом всасывающая линия дымососа соединена с отводящим патрубком подогреваемого воздуха, восходящая орошаемая колонна - с подводящим патрубком воздухо-воздушного охладителя,
согласно нашему изобретению введены следующие отличия:
1. Система дополнительно снабжена водо-водяным теплообменником с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, установленным на циркуляционном щелочном контуре, при этом трубопровод технической воды присоединен к патрубку подвода нагреваемой воды, а патрубок отвода нагреваемой воды присоединен к смесителю флокулянта, установка дополнительно снабжена автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП), блоком (1) - подготовки к обезвоживанию шлама, установленным перед блоком (а) и включающим первичные отстойники по меньшей мере с одной насосной станцией осадка с приводом, всасывающим и напорным трубопроводами, уплотнители избыточного активного ила с резервуаром и насосной станцией уплотненного ила с приводом, всасывающим и напорным трубопроводами, резервуар шлама, технологические линии обезвоживания дополнительно снабжены измерителем температуры шлама, при этом напорные трубопроводы насосной станции осадка и напорные трубопроводы насосной станции уплотненного ила соединены с резервуаром шлама, кроме того, приводы насосной станции осадка, уплотненного избыточного ила, насосов-дозаторов шлама и флокулянтов выполнены в виде частотно-регулируеммого электропривода по схеме "преобразователь частоты - асинхронный двигатель", включающие асинхронные электродвигатели и статические преобразователи частоты, которые вместе с датчиком концентрации, измерителем температуры, расходомером шлама, датчиком температуры уходящих газов, датчиком температуры псевдоожижения связаны с АСУ ТП.

2. Насос-дозатор шлама выполнен в виде центробежно-вихревого насоса с незасоряемой шламами проточной частью, а в резервуаре шлама установлен уровнемер, связанный с АСУ ТП.

3. Система дополнительно снабжена гидравлическим циклоном с подводящим и отводящим патрубками, резервуаром осадка, дополнительной насосной станцией осадка с всасывающим и напорным трубопроводами и с приводом в виде частотно-регулируемого электропривода по схеме "преобразователь частоты - асинхронный двигатель", включающий асинхронный электродвигатель и статический преобразователь частоты, при этом всасывающий трубопровод дополнительной насосной станции осадка соединен с резервуаром осадков, а напорный - с резервуаром шлама, напорный патрубок насосной станции осадка - с подводящим патрубком гидравлического циклона, отводящий патрубок - с резервуаром осадков, кроме того, преобразователи частоты питания электродвигателей дополнительной насосной станции осадка связаны с АСУ ТП.

Это обусловлено тем, что предлагаемая система реализации способа утилизации шлама позволяет получить четыре эффекта.

Первый эффект заключается в том, что предлагаемый способ позволяет поддерживать стабильной нагрузку на центрифугу по сухому веществу независимо от концентрации шлама сточных вод на входе в центрифугу, т.к.:
1) насос-дозатор шлама выполнен в виде центробежно-вихревого насоса с незасоряемой шламами проточной частью;
2) в резервуаре шлама установлен датчик уровня;
3) приводы насосных станций осадка, дополнительной насосной станции осадка, уплотненного избыточного ила, насосов-дозаторов шлама выполнены в виде частотно-регулируемых электроприводов по схеме "преобразователь частоты - асинхронный двигатель", включающие асинхронные электродвигатели и статические преобразователи частоты;
4) система дополнена автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП), связанной с датчиком уровня в резервуаре шлама, регулируемыми приводами насосных станций осадка, дополнительной насосной станции осадка, уплотненного избыточного ила, насосов-дозаторов шлама.

Вместе это позволяет провести первичную стабилизацию концентрацию сухих веществ в шламе, поддерживая при этом на постоянном уровне высоту его подъема насосами-дозаторами (с резервуара на центрифугу), провести (в этих условиях) дополнительную стабилизацию нагрузки по сухому веществу на центрифугу за счет того, что насос-дозатор шлама выполнен в виде центробежно-вихревого насоса.

Второй эффект заключается в том, что предлагаемый способ позволяет поддерживать колебания параметров влагоотдающих свойств шлама в пределах, допустимых для корректировки влажности кека при помощи обратного привода центрифуги, т.к.:
1) система дополнена блоком подготовки к обезвоживанию шлама, включающим первичные отстойники по меньшей мере с одной насосной станцией осадка с приводом, всасывающим и напорным трубопроводами, уплотнители избыточного активного ила с резервуаром и насосной станцией уплотненного ила с приводом, всасывающим и напорным трубопроводами, резервуар шлама;
2) на технологических линиях обезвоживания дополнительно установлены измерители температуры шлама;
3) приводы насосных станций осадка, дополнительной насосной станции осадка, уплотненного избыточного ила, насосов-дозаторов шлама выполнены в виде частотно-регулируемых электроприводов по схеме "преобразователь частоты - асинхронный двигатель", включающие асинхронные электродвигатели и статические преобразователи частоты;
4) система дополнена автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП), связанной с регулируемыми приводами насосных станций осадка, дополнительной насосной станции осадка, уплотненного избыточного ила.

Вместе это позволяет подготавливать шлам (смесь осадков и уплотненного избыточного ила) в неизменной пропорции при изменении объемов его подачи, а следовательно, стабилизировать параметры влагоотдающих свойств.

Третий эффект заключается в том, что предлагаемый способ позволяет поддерживать колебания соотношения зольной и органической части шлама в пределах, необходимых для обеспечения устойчивости процессов его обезвоживания и горения без подачи дополнительного топлива, т.к. система дополнена автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП), гидравлическим циклоном, резервуаром осадка, дополнительной насосной станцией осадка.

Четвертый эффект заключается в том, предлагаемый способ позволяет повысить устойчивость, надежность и экологичность технологического процесса утилизации шлама при одновременном снижении в 2-3 раза эксплуатационных и капитальных затрат, в том числе при приготовлении раствора флокулянта, т.к.:
1) нa циркуляционном щелочном контуре установлен водо-водяной теплообменник, в котором трубопровод технической воды присоединен к патрубку подвода нагреваемой воды, а патрубок отвода нагреваемой воды присоединен к смесителю флокулянта;
2) приводы насосных станций осадка, дополнительной насосной станции осадка, уплотненного избыточного ила, насосов-дозаторов шлама и флокулянтов выполнены в виде частотно-регулируемых электроприводов по схеме "преобразователь частоты - асинхронный двигатель", включающие асинхронные электродвигатели и статические преобразователи частоты.

На основании вышеуказанного можно считать заявляемый способ утилизации шламов сточных вод и систему, его реализующую, новыми, т.к. заявитель не обнаружил упомянутые существенные признаки в патентной и научно-технической информации.

В то же время известны отдельные существенные признаки - 1, 3, 9 и 10 предлагаемого способа и признаки 2-5 и 7-9 предлагаемой системы для его реализации. Однако они используются с другой совокупностью существенных признаков, с которыми создают вышеуказанные эффекты, что в известных аналогичных системах и способах не наблюдается.

Таким образом, заявляемый способ утилизации шламов сточных вод и система, его реализующая, отвечают критерию "изобретательский уровень".

Практическая применимость заявляемого способа иллюстрируется на примере работы заявляемой системы, поясняемой на чертеже.

Система содержит блок (1) подготовки к обезвоживанию шлама, включающий четыре первичных отстойника 1 (количество отстойников определяется объемом сточных вод, поступающих на очистку) с одной насосной станцией осадка 2 с асинхронными электродвигателями 3 и преобразователями частоты 4, связанными с АСУ ТП 5. Напорный трубопровод 6 насосной станции осадка 2 соединен с подводящим патрубком 7 гидравлического циклона 8, отводящий патрубок 9 которого соединен с резервуаром осадков 10. Последний соединен с всасывающим патрубком 11 дополнительной насосной станции осадка 12 с асинхронными электродвигателями 13 и преобразователями частоты 14, связанными с АСУ ТП 5.

Четыре уплотнителя избыточного активного ила 15 (количество уплотнителей определяется объемом сточных вод, поступающих на очистку и режимом их обработки), соединенные через резервуар уплотненного ила 16 с насосной станцией уплотненного ила 17 с асинхронными электродвигателями 18 и преобразователями частоты 19, связанными с АСУ ТП 5.

На напорных трубопроводах 20 и 21 соответственно насосной станции уплотненного ила 17 и насосной станции осадка 12 установлены соответственно расходомеры уплотненного ила 22 и расходомеры осадка 23. Расходомеры уплотненного ила 22 и расходомеры осадка 23 связаны с АСУ ТП 5.

Напорные трубопроводы 20 и 21 соединены с резервуаром шлама 24, оснащенным уровнемером 25, связанным с АСУ ТП 5. Резервуар шлама 24 при помощи всасывающих трубопроводов 26 соединен с одинаковыми технологическими линиями обезвоживания 1 и 2. В частности, всасывающий трубопровод 26 технологической линии 1, на котором установлен датчик концентрации 27, соединен с насосом-дозатором шлама 28 с асинхронным электродвигателем 29 и преобразователем частоты 30. Датчик концентрации 27 и преобразователь частоты 30 связаны с АСУ ТП 5.

Технологическая линия обезвоживания 1 также содержит насос-дозатор флокулянта 31 с асинхронным электродвигателем 32 и преобразователем частоты 33, связанным с АСУ ТП 5. Всасывающий трубопровод 34 насоса-дозатора флокулянта 31 соединен с растворными емкостями раствора флокулянта 35, которые через смеситель флокулянта 36 соединены с емкостью флокулянта 37.

Напорный трубопровод 38 насоса-дозатора шлама 28 соединен с подающим трубопроводом шлама 39, на котором установлен расходомер 40, эжектор пара 41 с всасывающим патрубком 42 и управляемым запорно-регулируемым органом 43, измеритель температуры 44. На напорном трубопроводе раствора флокулянта 45 насоса-дозатора флокулянта 31 установлен расходомер раствора флокулянта 46. Управляемый запорно-регулируемый орган 43, измеритель температуры шлама 44, расходомер шлама 39, расходомер раствора флокулянта 46 связаны с АСУ ТП 5.

Подающий трубопровод шлама 39 и напорный трубопровод раствора флокулянта 45 насосов-дозаторов флокулянта 31 соединены с центрифугой 47 с барабаном 48, шнеком 49, главным приводом 50, обратным приводом с асинхронным электродвигателем 51 и статическим преобразователем частоты 52 для изменения относительной скорости вращения шнека и барабана, высоконапорным насосом обезвоженного шлама 53, измерителями скоростей вращения ротора 54 и шнека 55. Измерители скоростей вращения ротора 54 и шнека 55 связаны с преобразователем частоты 52, который связан с АСУ ТП 5.

Напорный трубопровод 56 высоконапорного насоса обезвоженного шлама 53 технологической линии обезвоживания 1 соединен с инжектором шлама 57 камеры сгорания 58 печи 59, в нижней части которой установлена дутьевая камера 60. К инжектору шлама 57 также подсоединен высоконапорный трубопровод обезвоженного шлама 2, т.е. на одну печь 59 подается шлам двух технологических линий.

К камере сгорания 58 подсоединен инжектор дополнительного топлива 61 и установлен датчик температуры псевдоожижения 62. В куполе 63 печи 59 установлен датчик температуры уходящих газов 64, связанный с АСУ ТП 5. Линия уходящих газов 65 соединена с воздухо-воздушным теплообменником 66 с патрубками подвода 67 и отвода 68 нагреваемого воздуха, который подключен к испарительным пакетам 69, а последние - с котлом-утилизатором 70 с паросборником 71, соединенным при помощи линии 72 с всасывающими патрубками 42 эжекторов пара 41 технологических линий обезвоживания 1 и 2. Дутьевая камера печи 60 при помощи линии 73 соединена с патрубком отвода нагреваемого воздуха 68, а нагнетатель псевдоожижения 74 напорной линией 75 соединен с патрубком подвода 67 нагреваемого воздуха воздухо-воздушного теплообменника 66.

Испарительные пакеты 69 при помощи линии 76 соединены с подводящей линией газов 77 электрофильтра 78, содержащего систему сбора и удаления золы 79. Отводящая линия газов 80 электрофильтра 78 соединена с воздухо-воздушным охладителем 81 с отводящим 82 и подводящим 83 патрубками подогреваемого воздуха. Воздухо-воздушный охладитель 81 соединен нисходящей колонной Вентури 84 с циркуляционным кислотным контуром 85. Нисходящая колонна Вентури 84 соединена с восходящей орошаемой колонной 86 с циркуляционным щелочным контуром 87, на котором установлен водо-водяной теплообменник 88. К патрубку подвода нагреваемой воды 89 водо-водяного теплообменника 88 подключен трубопровод технической воды 90, а патрубок отвода нагреваемой воды 91 при помощи трубопровода 92 присоединен к смесителю флокулянта 36. Подводящий 83 патрубок подогреваемого воздуха воздухо-воздушного охладителя 81 соединен с восходящей орошаемой колонной 86, а отводящий 82 - с всасывающей линией 93 дымососа 94 с напорной линией 95.

Система работает следующим образом, реализуя при этом заявляемый способ.

Сточная вода поступает на четыре первичных отстойника 1, из которых выделившийся осадок забирают одной насосной станцией осадка 2 с асинхронными электродвигателями 3 и статическими преобразователями частоты 4, связанными с АСУ ТП 5.

Если зольность осадка превышает опытно установленную величину (для каждого типа осадков разная), при которой он без дополнительного топлива гореть не сможет, то по напорному трубопроводу 6 насосной станцией осадка 2 осадок подают в подводящий патрубок 7 гидравлического циклона 8. В последнем, в поле центробежных сил осуществляется отделение части зольной составляющей осадка. Через отводящий патрубок 9 циклона осадок подают в резервуар осадков 10, из которого по всасывающему патрубку 11 забирают насосной станцией осадка 12 с асинхронными электродвигателями 13 и статическими преобразователями частоты 14, связанными с АСУ ТП 5.

Одновременно на четырех уплотнителях избыточного активного ила 15 происходит его уплотнение и самотечное поступление в резервуар уплотненного ила 16. Из последнего его забирают насосной станцией уплотненного ила 17 с асинхронными электродвигателями 18 и статическими преобразователями частоты 19, связанными с АСУ ТП 5.

По напорным трубопроводам 20 и 21 соответственно уплотненный ил и осадок подают в резервуар шлама 24, уровень в котором контролируется при помощи уровнемера 25, связанного с АСУ ТП 5.

На этом этапе с целью первичной стабилизации (снижения пределов колебаний) концентрации, зольности, влагоотдающих свойств осадков и поддержания постоянного уровня в резервуаре шлама при помощи АСУ ТП 5 осуществляют регулирование режимов работы насосных станций 12 и 17 следующим образом. Периодически осуществляют корректировку параметров технологического процесса очистки сточных вод с целью обеспечения требуемой степени их очистки по всем или основным контролируемым ингредиентам. При этом, наряду с другими параметрами (концентрация кислорода, кратность рециркуляции и т.п.), определяют среднесуточные показатели работы насосной установки осадка P₁ и среднесуточные показатели работы насосной установки уплотненного избыточного ила Р₂.

В качестве среднесуточных показателей работы P₁ насосной станции осадка 2 могут быть выбраны различные варианты:
- работа из условия обеспечения в течение суток заданного уровня осадка в первичных отстойниках 1;
- работа из условия обеспечения в течение суток заданной влажности откачиваемых осадков;
- работа из условия обеспечения в течение суток заданного объема откачки;
- работа из условия обеспечения в течение суток заданной среднесуточной производительности насосной установки осадка и т.п.

В частности, если в качестве P₁ принимают среднесуточную производительность насосной установки осадка то в данном случае она может быть равна 40 м³/ч. При этом забор осадков может происходить из всех отстойников сразу или по очереди из каждого. В данном случае колебания влажности осадка достигают 5%, а зольности - 6%.

Одним их возможных среднесуточных показателей работы Р₂ насосной станцией уплотненного ила 17 является обеспечение среднесуточной производительности насосной установки уплотненного избыточного ила Q

Среднесуточные показатели P₁ и Р₂ определяют на основании анализа баланса веществ в системе очистки воды и обработки осадков. С целью первичной стабилизации параметров шлама и поддержания постоянного его уровня в резервуаре шлама в период между корректировками показатель k = Q_ос/Q_уи, где Q_ос - производительность насосной установки осадка, Q_уи - производительность насосной установки уплотненного избыточного ила, в непрерывном режиме поддерживают постоянными при помощи АСУ ПТ. При этом k = Q_ос/Q_уи = Р₁/Р₂. В данном примере k = Q_ос/Q_уи = 40/40 = 1. Например, если уровень шлама в резервуаре начал повышаться, то путем изменения числа оборотов приводов 18 и 13 производительности насосной установки осадка Q_ос и производительность насосной установки уплотненного избыточного ила Q_уи уменьшают так, чтобы параметр k оставался неизменным, т.е. уменьшают равномерно. Это позволяет параметры шлама, состоящего из осадка и уплотненного избыточного ила, поддерживать в допустимых пределах их колебаний на протяжении всего периода между корректировками технологического процесса. Например, колебания параметров влажности шлама могут составлять от 0 до 7%, зольности - от 0 до 5%.

На втором этапе стабилизации параметров шлама - подачи его на центрифугу - система работает в двух режимах: настройки и постоянной работы.

В режиме настройки системы шлам из резервуара шлама 24 по всасывающему трубопроводу 26 (например, технологической линии обезвоживания 1) забирают вихревым насосом-дозатором 28 с незасоряющейся проточной частью и подают на обезвоживание на центрифугу 47. При этом при помощи расходомера 40 и АСУ ТП 5 определяют гидравлическую нагрузку на центрифугу 47. Посредством регулирования числа оборотов асинхронного электродвигателя 29 (при помощи статического преобразователя частоты 30) насоса-дозатора шлама 28 устанавливают номинальную гидравлическую нагрузку (по расходу) на центрифугу 47. В данном примере она составляет 40 м³/ч шлама. После этого непрерывного регулирования числа оборотов асинхронного электродвигателя 29 не осуществляют. Кроме того, экспериментальным путем (на этапе корректировки параметров технологического процесса очистки сточных вод) определяют оптимальную производительность насоса-дозатора флокулянтов 31 (посредством регулирования числа оборотов его асинхронного электродвигателя 32), при которой обеспечивается доза флокулянтов d_флок, назначаемая из условия обеспечения требуемых показателей обезвоживания шлама. Например, d_флок = 6 кг/т х сух.вещ. (килограмм флокулянта на тонну сухих веществ шлама).

В режиме последующей постоянной работы регулирование процесса обезвоживания осуществляют посредством центробежно-вихревого насоса-дозатора 28. При этом в случае, например, увеличения концентрации сухих веществ в шламе не происходит увеличения нагрузки на центрифугу 47 по сухому веществу (а следовательно, отклонения работы установки от оптимальной). Последнее достигается тем, что благодаря незасоряемости центробежно-вихревого насоса-дозатора 28, постоянного перепада уровней осадков в центрифуге 47 и резервуаре шлама 24, при повышении концентрации сухих веществ в перекачиваемом шламе (повышение сопротивления в сети и проточной части) происходит ответное снижение производительности центробежно-вихревого насоса-дозатора 28, работающего с постоянным числом оборотов асинхронного электродвигателя 29. При этом произведение концентрации сухих веществ и объема шлама, поступающего на обезвоживание остается практически неизменным. В результате нагрузка на центрифугу по сухому веществу и доза флокулянтов остаются неизменными.

На этом этапе стабилизации разброс параметров шлама снижается, например колебания нагрузки по сухому веществу снижаются до 1%, зольности - до 4%.

Приготовление раствора флокулянтов в растворных емкостях 35 осуществляют с предварительным смешением в смесителе 36 непосредственно флокулянта, хранящегося в емкостях 37, и подогретой воды-растворителя. Последняя нагревается до температуры 30^oС при помощи водо-водяного теплообменника 88. В результате продолжительность растворения флокулянта снижается в 2-3 раза.

На третьем этапе стабилизации параметров шлама - обезвоживания его на центрифуге - установка работает следующим образом. Подготовленный и подогретый за счет попутного пара, поступающего при помощи эжектора 41 с паросборника 71 котла-утилизатора 70, шлам подают на центрифугу 47. В последней в поле центробежных сил, образующихся при вращении барабана 48, происходит обезвоживание шлама с выделением фугата и кека. При изменении концентрации кека происходит изменение величины вращающего момента на шнеке, который косвенно определяется с использованием показателей измерителей скоростей вращения ротора 54 и шнека 55. В зависимости от измеренной величины вращающего момента на шнеке и требуемой концентрации обезвоженного шлама корректируют величину регулирования - разницу между скоростями вращения барабана и шнека центрифуги. Последнее осуществляется с применением обратного привода с асинхронным электродвигателем 51 и его статического преобразователя частоты 52. При этом, например, разница между скоростями вращения барабана и шнека центрифуги может непрерывно меняться от 2 до 6 об/мин.

В результате, обезвоженный шлам - кек - со стабильными свойствами (например, с влажностью 21%) поступает на сжигание. Для этого его высоконапорными насосами обезвоженного шлама 53 (2-х технологических линий обезвоживания - 1 и 2) подают на инжекторы шлама 57 камеры сгорания 58 одной печи 59. Подача от двух технологических линий, например, составляет 1,9 т/ч. В камере сгорания в псевдоожиженном слое песка за счет предварительно нагретого (до 605^oС) в воздухо-воздушном теплообменнике 66 воздуха псевдоожижения, подаваемого (объем подачи - 20000 м³/ч) нагнетателем 74, происходит сушка и сжигание шлама. В стабильном режиме выделяющегося тепла достаточно для поддержания горения. В других случаях, недостаток тепла компенсируется подачей в камеру сгорания дополнительного топлива в виде природного газа через инжекторы дополнительного топлива 61. Процесс горения контролируют при помощи измерения температуры псевдоожижения (датчик 62) и температуры уходящих газов (датчик 64). В нормальном режиме температура псевдоожижения равна 760^oС, а температура уходящих газов - 870-880^oС.

Утилизацию тепла уходящих газов осуществляют в воздухо-воздушном теплообменнике 66 и при помощи испарительных пакетов 69, подключенных к котлу-утилизатору 70 с паросборником 71. В результате их температура снижают до 250^oС.

Очистку уходящих газов от золы осуществляют в электрофильтре 78. Золу отводят из системы через систему сбора и удаления золы 79.

После удаления золы, перед подачей их на нисходящую колонну Вентури 84, осуществляют дальнейшее снижение температуры уходящих газов в воздухо-воздушном охладителе 81. Уходящие газы в колоне 84 орошают кислым раствором при помощи циркуляционного кислотного контура 85, в результате чего их температура снижается до 65^oС.

Дальнейшая очистка уходящих газов осуществляется в восходящей орошаемой колонне 86 с циркуляционным щелочным контуром 87, на котором установлен водо-водяной теплообменник 88. При помощи последнего нагревают техническую воду с 5 до 30^oС для приготовления раствора флокулянта, которая по трубопроводу 92 подается на смеситель флокулянта 36.

Перед подачей очищенных уходящих газов при помощи дымососа 94 в дымовую трубу их направляют на воздухо-воздушный охладитель 81.

Таким образом, предлагаемый способ и система для его реализации объединены единым изобретательским замыслом и при реализации позволяют повысить экологическую защиту города от складируемых осадков сточных вод.