авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Интенсификация обезвоживания осадка станции биологической очистки с помощью электроосмоса

-- [ Страница 2 ] --

Сырой осадок из первичных отстойников и уплотненный активный ил по данным лаборатории НСА характеризуются показателями (табл. 2).

Таблица 2

Компоненты, входящие в состав осадков в пересчете на беззольное вещество

Органические компоненты, %
Осадки Зольность, % Жироподобные вещества Белки Углеводы
Сырой осадок 39,7 35,7 27,6 3,27
Уплотненный ил 30,6 17,0 36,8 3,07

Твердая фаза осадка содержит различные микроэлементы. Качественный анализ осадков иловых карт НСА показал наличие следующих элементов: Fe, Si, Al, Ca, Cu, Mg, Mn, Ti, Ni, Cr, Pb, P, N, K, Ag, As. Элементарный количественный состав осадков, подсушенных на иловых полях представлен в табл. 3.

Таблица 3

Количественный химический состав сухого вещества осадков, подсушенных
на иловых полях Нижегородской станции аэрации

Химический состав сухого вещества Данные НСА Норма для осадков, используемых для орошения и удобрения Среднее значение по Цуркан, Архип, Руссу, 1989
1 2 3 4
Азот, % 1,3 >0,6 2,1
Фосфор, % 2,54 >1,5 2,4
Калий, % 0,28 >0,15 0,6
Мышьяк, мг/кг отсутствует <20 -
Ртуть, мг/кг отсутствует <15 -
Свинец, мг/кг 200 <1000 -
Кадмий, мг/кг 300 <30 -
Никель, мг/кг 1000 <400 -
Хром шестивалентный, мг/кг 600 <1200 -
Марганец, мг/кг 800 <2000 -
Ванадий, мг/кг 50 не нормируется -
Органическое вещество % 35-55 >20 -

Осадки обладают высокой бактериальной и гельминтозной засе-ленностью. В сыром, сброженном осадке и уплотненном активном иле обнаружено последовательно 17, 4 и 7 шт яиц гельминтов на 1 кг осадка. Из них присутствуют яйца, вредные как для человека, так и домашних животных. Для устранения жизнеспособности большей части яиц, обезвоживание на иловых картах с последующим компостированием является более предпочтительным, чем механическое.

Плотность необезвоженного осадка составляет по лабораторным исследованиям приблизительно 1,08 кг/дм3. При снижении влажности до 60% она повышается на 8-12%.

Среди теплофизических характеристик осадков значение имеет теплота сгорания. В своих работах И.С. Туровский, А.З. Евилевич, М.А. Евилевич, а также иностранные авторы M. Hiraoka, T. Hukui, A. Kimura, K. Shimizu и H. Takiguchi ставят высушенные приблизительно до влажности 60% осадки по теплоте сгорания в один ряд с бурыми углями, торфом и дровами.

Третья глава посвящена опытным исследованиям обезвоживания осадков в модельных лотках методом электроосмоса, которые преследовали своей целью несколько задач:

1) установить целесообразность обезвоживания осадка с помощью электроосмоса;

2) подобрать необходимые материалы и параметры для оптимизации процесса обезвоживания;

3) разработать принципиально новую конструкцию иловой карты с нагрузками 5-6 м3/м2 в год.

В ходе исследований проводились работы по обезвоживанию уплотненного активного ила и сброженного осадка на установках с гори-зонтально расположенными дренами, с вертикально, горизонтально и с обратным уклоном 70° к горизонтальной поверхности расположенными фильтрующими плоскостями, с различными высотами слоя осадка.

Конструктивное решение иловой площадки с вертикальным фильтрующими плоскостями показало наибольшую эффективность работы по обезвоживанию осадка с влажности 92-93% до влажности 75-80 %. В качестве примера представлена схема лотка для обезвоживания слоя осадка высотой 50 см (рис.2), что соответствует натурным условиям.

Лоток разделен рамкой с латунной сеткой (3) по всей высоте на два отсека для осадка и для фильтрата. С внешней стороны в зоне фильтрата на уровне 2 см от дна лоток оборудован штуцером (5) для отвода отфиль-тровавшейся жидкости. В этот лоток заливался сброженный осадок влажностью 98,2 % отдельными порциями до тех пор, пока в лотке не сформировался слой высотой приблизительно 49-50 см влажностью 92,4%. Хронологическая последовательность гравитационного обезвоживания осадка представлена в табл. 4.

 Схема обезвоживания в лотке с высотой столба осадка 50 см: 1- отсек для осадка; 2--1

Рис. 2. Схема обезвоживания в лотке с высотой столба осадка 50 см: 1- отсек для осадка; 2- отсек для фильтрата; 3- сетка (катод); 4- анод (металлические пластины); 5- штуцер для удаления фильтрата; 6 - направляющие для перемещения анода

Таблица 4

Обезвоживание осадка под действием сил гравитации

Время, дни Объем осадка, л Фильтрат, л Высота слоя осадка, см (влажность 92,4%)
Начало 4 день 8 день 12 день 16 день 20 день 70 50 40 30 20 0 0 51 38 30 22 15 — 20 30 39 45 50
Всего: 210 156

После этого к сетке (3) и металлической пластине (4) подключили постоянный ток напряжением 32 В, в результате чего процесс продолжился. При этом столб осадка снизился до 17 см, а влажность осадка до 75-80%. После 2,5 часов работы установки дальнейших визуальных изменений не наблюдалось: уровень осадка оставался практически без изменения.

Графики зависимости снижения влажности, уменьшения высоты слоя осадка и затрат электроэнергии от времени работы установки представлены на рис. 3.

 ависимость энергозатрат, влажности и высоты слоя осадка при обезвоживании-2

Рис. 3 Зависимость энергозатрат, влажности и высоты слоя осадка при обезвоживании слоя осадка высотой 50 см

Весьма важной величиной в этом опыте является плотность тока на элек-троде. Из рис. 3 следует, что затраты электроэнергии за 2 часа 30 минут рабо-ты составили 63,25 Вт-ч. Величина средней мощности Nср= 63,25/2,5= 25,3 Вт

При напряжении в 32 В величина тока составит I= 25,3 /32 = 0,79 А.

Полученная величина тока, согласно рис. 2, приходится на площадь фильтрующей сетки 0,5х0,4 м2. Плотность тока при этом составляет Р=0,79/(0,50,4) =3,95 4,0 А/м2.

Здесь также рассмотрено обезвоживание уплотненного активного ила в лотке с боковой фильтрацией с использованием электроосмоса. Как показали опыты, процесс водоотдачи при этом подходе значительно затруднен из-за чрезмерного количества органики, которая забивает ячейки фильтрующей сетки.

В четвертой главе работы разрабатывается конструкция иловой карты для обезвоживании осадка с помощью электроосмоса.

На первом этапе были проведены исследования по фильтрации через вертикальные дренажные сетки. В процессе обезвоживания с помощью электроосмоса были изучены две различные стадии: удаление воды при постепенном снижении уровня и удаление воды из слоя осадка в виде грунта высокой влажности. Первая стадия занимает интервал влажности от 92% до 75-80% (по опытным данным) и характеризуется изменением объема. Во второй стадии объем осадка не уменьшается. Анализируя опыт по обезвоживанию осадка в лотке (рис. 3), отмечено, что снижение влажности с 92% до 75-80% происходит достаточно равномерно в течение 2,5 часов воздействия электроосмоса. Уровень осадка снижается с 50 до 15-17 см. Этот процесс можно представить как неустановившееся движение осадка в пределах иловой карты. Расчетная схема для удаления воды из осадка представлена на рис. 4.

Уравнение неустановившегося движения жидкости при фильтрации через вертикальные сетки запишется следующим образом:

dV=2KccI dt, (1)
где — коэффициент водоотдачи в пределах площади АВСD (=1); Кс — коэффициент фильтрации жидкости осадка через ячейки сетки; c — площадь сетки; I — гидравлический уклон; t — время.

Решение уравнения (1) даст время удаления жидкой фазы осадка с влажности 92% до 75%.

t=. (2)

 Схема к расчету фильтрации через вертикальные сетки при понижении уровня-4

Рис. 4. Схема к расчету фильтрации через вертикальные сетки при понижении уровня осадка: 1 - дренажная сетка; 2 - осадок влажностью 75%; 3 - осадок влажностью в пределах 92-75%; 4 — уровень осадка в условиях неустановившегося движения; 5 — кривая депрессии, соответствующая установившемуся движению в слое влажного грунта

Как только влажность осадка становится менее 75%, начинается проявление осадка в виде сверхвлажного грунта с формированием пологой кривой депрессии (рис. 4). Выход воды при этом может быть подсчитан по строгому уравнению Дюпюи:

V=Kгр, (3)
где Кгр — коэффициент фильтрации осадка в виде очень влажного грунта.

Величина коэффициента фильтрации этого осадка может быть принята равной с некоторой погрешностью величине коэффициента фильтрации сильно разложившегося торфа. Учитывая интенсификацию процесса фильтрации за счет воздействия электроосмоса, можно принять коэффициент фильтрации осадка в пределах 0,05-0,15 м/сут. При значении коэффициента фильтрации 0,15 м/сутки можно ожидать удаления воды для опыта (рис. 2) в количестве Q=0,150,41=0,007 м3/сут.

Выход дренажной воды чрезвычайно мал, об этом говорит практически неизменная высота слоя осадка, которая представляется практически прямой горизонтальной линией. Из этого следует, что способ электроосмоса имеет смысл только для первой стадии осушения, когда влажность осадка снижается с 92% до 75%.

Рассматривая условия оптимизации, производительность иловой карты можно определить по формуле L=G/T, где G — суммарный объем осадка, заливаемый в единичную карту (м3), Т — суммарное время нахождения осадка в пределах иловой карты.

Время нахождения осадка в пределах иловой карты складывается из времени залива, отстоя, удаления отфильтровавшейся жидкости, фильтрования жидкости из осадка от влажности 92% до 75% (оно находится по формуле 2) и удаления осадка влажностью 75% за пределы иловой карты. Для расчета рассмотрены 8 случаев заливки осадка в единичную иловую площадку, начиная от единичного до восьмикратного. При помощи “MATHCAT. V 6.0 for Windows. Standart edit”, основываясь на этих данных подобран полиномиальный ряд сходимостью 99%, имеющий вид L=-0,4779n4+10,851n3-93,472n2+353,01n - 106,18.

Решая данное уравнение, получается, что лучшая производительность площадки намечается при 3-5 кратном заливе, когда подключение электроосмоса происходит при высоте слоя осадка 92% влажности от 59 см до 70 см.

Ниже рассматривается осушение осадка на иловой карте при трехкратной ее заливке. Нагрузка на иловую карту на искусственном асфальтобетонном основании с дренажем для обезвоживания осадка, сброженного в термо-фильных условиях, составляет 1,5 м3/м2. С учетом климатического коэффи-циента для г. Нижнего Новгорода она снижается и равна 1,35 м3/м2 (требования СНиП). Глубина карты с учетом оградительных валиков равна 1,3 м. Площадь одной карты из расчета залива трехсуточного количества осадка для НСА должна быть равна около 2 га. Размеры карты с рекомендуемым соотношением сторон 1:2 принимаем 100 м и 200 м. В реальных условиях существующая площадь 1 карты НСА отлична от нормированной — 1,23 га (70175 м). При данных размерах обезвоживание происходит естественным путем за счет влияния лишь климатических условий в течение года.

С учетом разработанного подхода к осушению осадка при помощи электроосмоса работа иловой карты организуется так:

1. За 4-5 дней после заполнения иловой карты происходит осветление поверхностного слоя, осадок занимает нижнюю часть высотой 50-55 см, а верхняя часть 45-50 см в виде осветленной воды удаляется для повторной очистки. Схема иловой карты представлена на рис. 5.

2. Освобожденный объем повторно наполняется осадком и повторно удаляется верхний слой осветленной воды для очередной третьей заливки. В результате такого трехкратного залива через 18 дней в иловой карте сосредоточится осадок толщиной около 50-60 см с влажностью около 92%, который подвергается воздействию электрического поля.

По узкой стороне иловой карты, через 7 м размещены бычки (железобетонные массивы шириной около 2 м) с вертикальными стенками. Их верх находится на уровне гребня обвалования карты. В бычках устраиваются пазы глубиной до 30 см, куда вставляются фильтрующие элементы (сетки) и аноды. Для работы предусматривается три ряда сеток, которые заменяются по мере засорения предыдущих. В качестве материала сеток (катода) и анода рекомендуется использовать нержавеющую сталь.

Фильтрующую сетку следует опирать на крупные ячейки сетки из нержавеющей стали со стержнями требуемой толщины, исходя из расчета прочности, которые в свою очередь опираются на обрамление из профильного металла. Аноды должны иметь конструктивное решение в виде гребенки, просветы между зубьями которой не препятствуют току воды из иловой площадки к фильтрующим сеткам. По мере смены сеток аноды переставляются в пазы удаляемой сетки. В теле железобетонных бычков у основания предусмотрены водопропускные лотки для удаления отфильтровавшейся воды. Рассмотренная иловая карта должна иметь уклоны как в направлении длинной стороны, так и короткой с целью более легкого удаления воды.

 Схема иловой карты: 1 — бычки; 2 — аноды; 3 — фильтрующие сетки; 4 — лоток для-7

Рис. 5. Схема иловой карты: 1 — бычки; 2 — аноды; 3 — фильтрующие сетки; 4 — лоток для удаления воды; 5 — трубопровод налива осадка

Рассматриваемая технология включает следующие операции:

1. Заполнение сброженным осадком высотой 1 м между сетками первого ряда (1,5 суток)

2. Выдержка осадка в течение 4 суток для осветления поверхностного слоя

3. Удаление слоя осветленной воды (1 сутки)

4. Повторный залив дополнительного объема осадка (0,5 суток)

5. Осветление верхнего дополнительного слоя воды (4 суток)

6. Удаление дополнительного слоя осветленной воды (1 сутки)

7. Третья подача дополнительного объема осадка (1 сутки)

8. Осветление верхнего слоя воды после третьей подачи (4 суток)

9. Удаление дополнительного слоя осветленной воды (1 сутки), и формирование слоя осадка 50 см с влажностью 92%

10. Обезвоживание осадка с помощью электроосмоса до состояния влажности 75% и толщины слоя осадка 10-15 см (20 суток)

11. По достижении необходимой влажности убираются сетки и аноды. На карту выводится техника для удаления осадка механическим путем (1 сутки).

Линейный график работ в единичной карте предложен на рис. 7.

 Линейный график работ по осушению осадка в единичной карте Для оптимальной-8

Рис. 6. Линейный график работ по осушению осадка в единичной карте

Для оптимальной работы карты необходима плотность тока Р=4 А/м2 (согласно опытам). Потребляемая мощность электрической энергии составит: N=2304327,68 кВт (здесь двухстороннее осушение; 30 м2 — площадь сеток; V — напряжение 32В). За время работы расход электроэнергии составит Э=7,681724=3133,4 кВтч. Срок обезвоживания осадка на единичной иловой карте (рис. 7) составит 40 дней. Площадь 1 иловой карты для обезвоживания с электроосмосом 0,62 га.

В пятой главе диссертации рассматривается работа станции аэрации с применением обезвоживания осадка сточных вод при помощи электроосмоса. В основу расчетов положен объем выхода осадка на НСА. Здесь анализируются два подхода к работе иловых карт: первый учитывает участие обезвоживания с электроосмосом в течение всего года, но при определенных особенностях зимнего периода. Второй — учитывает применение электроосмоса только в период положительных температур. Для осадков, поступивших в зимний период, используется традиционная схема обезвоживания без применения электроосмоса.

На основе рассмотренной схемы иловой карты определено, что трехсуточный объем образующегося осадка в размере 11580 м3 (по данным за 2000 год) обезвоживается за 40 суток. В период с апреля по ноябрь карты работают по ранее рассмотренному циклу. С середины декабря до начала марта в течение 75 дней обезвоживания осадка на картах не происходит из-за установления отрицательных температур -10°. В это время осадок намораживается и накапливается в объеме 217100 м3. Обезвоживание осадка после замораживания-оттаивания ускоряется, так как этот фактор положительно влияет на интенсификацию водоотдачи осадка. По результатам проведенных лабораторных исследований скорость обезвоживания осадка влажностью 98,5%, предварительно замороженного и оттаявшего, в среднем, в 6-8 раз выше, и конечная влажность, которой можно достигнуть перед включением электрического тока, достигает 85-87%. Следует учесть, что отвод жидкой фазы, образующейся при оттаивании, происходит через сетку значительно эффективнее, чем это касается незамороженного осадка.

Из всего вышесказанного следует:

— единичная карта при ежедневной работе может использоваться 5 раз в летний период (с апреля по ноябрь);

— период намораживания в Нижегородской области составляет 75 дней, в данный период на единичной карте с учетом обезвоживания оттаявшего осадка осуществляется один цикл;

— объем намороженного осадка, в среднем, составляет: 0,75386075=217,1 тыс. м3, (3860 — среднесуточный расход осадка; 75 — количество дней намораживания осадка в Нижегородском регионе; 75% — доля намораживаемого осадка), для его намораживания требуется иловых карт: 217100:(60001,2)30 штук (6000 м2 — площадь иловой карты; 1,2 м — высота слоя намораживания).

После составления графика работ иловых карт в течение года выяснено, что в летний период с апреля по середину декабря для обезвоживания образующегося осадка требуется 16 карт, каждая из которых обеспечивает 4-5 полных циклов обезвоживания.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.