Искусственные методы обработки осадков

К искусственным методам обработки и удаления водопроводного осадка относятся механическое обезвоживание на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах, кислотная обработка, сброс в городскую канализацию и совместная обработка с осадками канализационных станций.

Механическому обезвоживанию водопроводного осадка, как правило, предшествует их кондиционирование, цель которого состоит в снижении остаточного заряда структурообразующих частиц и в качественном перераспределении различных форм связи с твердым веществом, с переводом части коллоидно-связанной воды в свободное состояние. Кондиционирование может осуществляться с применением реагентов, флокулянтов, методов замораживания-оттаивания, радиационной обработки, магнитной обработки и электрокоагуляции.

Специфические характеристики осадков влияют на выбор методов обработки воды (катионный флокулянт, известь, FeCl₃ и т.д.) и методов обезвоживания (фильтрация, центрифугирование и т.д.).

Этот выбор, в свою очередь, зависит от дальнейшего использования ила (сжигание, разбрасывание и т.д.) образующихся осадков.

При физико-химической обработке воды образующиеся осадки состоят из хлопьев, образовавшихся при физико-химической подготовке воды (коагулянтом и/или флокулянтом).

Характеристики обезвоженного ила напрямую зависят от используемых реактивов (минерального или органического коагулянта) и загрязнителей, содержащихся в очищаемой воде.

На показатели обезвоживания влияют несколько параметров, характеризующих ил. К этим параметрам относятся:

а) концентрация (г/л).

Чем выше концентрация ила, тем он хуже смешивается с вязким раствором флокулянта (даже при низкой концентрации последнего). Эта проблема может быть решена дополнительным разбавлением раствора флокулянта, смещением места инжекции к началу, увеличением количества мест инжекции;
регулированием потребления реактива. Последнее определяет правильность присоединения флокулянта;

б) процентное содержание органических веществ (%).

Процентное содержание органических веществ (ОВ) может рассматриваться по аналогии с процентным содержанием взвешенных летучих веществ (ВДВ). Чем выше ВДВ, тем труднее будет проходить этап обезвоживания: недостаточная сухость, слабая механическая прочность и повышенное потребление флокулянта. Для илов с высоким содержанием ВДВ рекомендуется осуществить их сгущение, что позволит улучшить показатели этапа обезвоживания;

в) коллоидное состояние ила.

Оно оказывает значительное влияние на показатели, достигаемые при обезвоживании. Чем более коллоидным кажется ил, тем труднее его обезвоживать;

г) степень коллоидности ила (определяется происхождением ила).

Различают: первичный →зрелый первичный →свежий смешанный → зрелый смешанный → биологический.

Чем более ферментированным является ил, тем выше степень его коллоидности.

Плохо регулируемая рециркуляция повышает степень коллоидности ила. Для улучшения дальнейшей обработки перед этапом сгущения или обезвоживания обычно производится подготовка илов. При этом используются минеральные (соли железа и известь), которые применяются главным образом на тарельчатых фильтрах, и органические реактивы (коагулянт и флокулянт). Из органических коагулянтов и флокулянтов чаще всего применяются катионитные флокулянты.

К наиболее часто применяемым минеральным реактивам относятся соли железа и известь.

Обработка реагентами является наиболее распространенным способом подготовки водопроводных осадков к механическому обезвоживанию. Использование минеральных коагулянтов - сульфата железа, хлорида железа и сульфата алюминия - практически не улучшает водоотводящую способность водопроводных осадков, содержащих в своем составе оксид алюминия. Однако введение присадочных материалов с химическими реагентами позволяет улучшить подготовку осадков к обезвоживанию. В качестве присадочных материалов используют активированный уголь, диатомит, пыль электрофильтров. Для достижения необходимой степени сопротивления фильтрации осадка требуется правильный подбор присадочных материалов и количественного отношения этого вещества и примесей, содержащихся в осадках. Среди реагентов особое место занимает известь, являющаяся одновременно реагентом и присадочным материалом. Добавление извести к осадкам в количестве 20-100% (в пересчете на СаО от массы сухого вещества осадка) значительно улучшает их фильтрующие свойства: удельное сопротивление с 1200-2000-1010 см/г. Количество добавляемой извести для снижения удельного сопротивления фильтрации зависит от состава и начального удельного сопротивления осадка.

Соли железа

Для подготовки илов перед их поступлением на тарельчатый фильтр-пресс используются главным образом хлорид железа и хлорсульфат железа в сочетании с известью. Они позволяют улучшить фильтруемость ила в результате коагуляции коллоидов (уменьшение связанной воды) и микрофлокуляции, обусловленной переходом в осадок (гидроксиды).

Доза солей железа составляет от 3 до 15% по отношению к сухому веществу в зависимости от качества илов.

Все более заметна тенденция к сочетанию солей железа с органическим флокулян- том (как правило, катионным) для ограничения производства ила (по сравнению с подготовкой при помощи извести и солей железа).

Известь

Известь в качестве реактива для подготовки ила применяется исключительно на тарельчатых фильтрах и в сочетании с хлоридом железа. Она повышает плотность заряда, обусловленного минеральной составляющей, и тем самым улучшает удельное сопротивление илов. Доза извести составляет порядка 15-40% от сухого вещества.

Известь также используется для стабилизации илов после этапа обезвоживания. Удельное сопротивление осадков зависит от размеров, формы и степени агломерации твердых частиц, образующих лепешку ила при фильтрации на фильтр-прессе. Оно не зависит от концентрации илов.

Обработка флокулянтами

При добавлении флокулянтов анионного и катионного типа к водопроводному осадку происходит изменение первоначальной структуры осадка.

Большинство органических реактивов, используемых при обезвоживании илов, представляет собой катионные флокулянты.

Для предварительности (сгущения) осадков применяют флокуляцию илов.

Флокуляция ила - это этап, на котором дестабилизированные частицы, образующие ил, собираются в агрегаты.

Флокулянты, имеющие очень высокий молекулярный вес (длинная мономерная цепь) и разный процентный состав зарядов, фиксируют дестабилизированные частицы и собирают их на своей цепи. В результате этого на этапе флокуляции происходит увеличение размеров частиц, присутствующих в водной фазе, с образованием хлопьев. Образование хлопьев вызывает выслаивание воды. После этого вода легко удаляется в процессе обезвоживания.

Используемые органические флокулянты характеризуются следующими основными параметрами:

типом заряда;
плотностью заряда;
молекулярным «весом» и структурой;
типом мономера.

Эти параметры влияют на качество флокуляции и, следовательно, на качество обезвоживания.

Тип заряда флокулянта выбирается в зависимости от типа частиц. Обычно анионный флокулянт (-) используется для улавливания минеральных частиц, а катионный флокулянт (+) используется для улавливания органических частиц. Правильно выбрать тип флокулянта с необходимым знаком заряда позволяют лабораторные испытания.

Динамическое сгущение илов осуществляется не систематически. Оно применяется перед этапом обезвоживания - для увеличения количества сухого вещества и облегчения этапа обезвоживания (уменьшение количества оборудования, сокращение расходных материалов и т.д.).

Сгущение с применением обезвоживающего стенда предполагает обязательное применение органического флокулянта, который позволяет ускорить выделение воды и ее стекание через фильтровальную ткань.

Аппарат для сгущения и обезвоживания осадка с применением органических флокулянтов

Надо отметить, что при введении флокулянта особое требование предъявляется к дозе и продолжительности перемешивания флокулянта с осадком. Обработка водопроводного осадка активированной кремниевой кислотой в количестве 0,06-1% (по отношению к твердому веществу осадка) не способствует сгущению и улучшению фильтрующих свойств осадка. Удельное сопротивление фильтрации во всех случаях остается высоким (~ 1150-2200-10^-10 см/г). Добавление полиакриламида в количестве 0,05-1% также не приводит к снижению удельного сопротивления осадка. Однако при медленном перемешивании осадка с добавкой коагулянта продолжительность уплотнения осадка сокращается ~ в 4 раза.

Кислотная обработка. Наиболее широкое применение получила кислотная обработка водопроводного осадка серной кислотой. Регенерируемый коагулянт состоит в основном из сернокислого алюминия, незначительного количества сульфата железа и других соединений. Этим способом удается вернуть в производство очистки воды до 80% отработанного коагулянта и снизить объем осадка в 5-20 раз. Значительно реже такие осадки обрабатывают соляной кислотой, в результате чего образуется хлорид алюминия.

Исследования кислотной обработки осадков Северной водопроводной станции Москвы показали, что количество оксида алюминия, которое удается перевести в раствор, достигает 75% при обработке осадка влажностью 99%. Основными факторами, определяющими эффективность регенерации коагулянта, являются концентрация твердых веществ в осадке, количество добавляемой кислоты (pH реакционной смеси) и продолжительность перемешивания. Обработка осадка кислотой считается экономичной при условии содержания в осадке СаО от 1 до 10%.

Осадки, полученные в результате регенерации коагулянта, обладают более высокой водоотдачей, чем первичные осадки. Для их обезвоживания используют механические методы обработки с добавлением извести. Метод кислотной обработки водопроводных осадков обладает рядом существенных недостатков:

добавление кислоты в осадок снижает pH до 2, при этом происходит повторное растворение в жидкой фазе металлов, органических веществ, и таким образом, эти вещества поступают опять в процесс очистки воды в ходе рецеркуляции коагулянта;
в процессе кислотной обработки увеличивается объем регенерируемого коагулянта, что требует изыскания дополнительных методов его обезвоживания;
большой расход кислоты влечет за собой строительство кислотного хозяйства на водопроводной станции, что связано с дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами.

При регенерации коагулянтов из осадков водопроводных станций решается одновременно проблема сокращения объема осадка, уменьшения коагулянта, расходуемого в процессе очистки воды. Методы регенерации коагулянтов основаны на растворении продуктов их гидролиза в кислотах, щелочах или других органических растворителях.

Обработка хлором

Регенерация осадка водопроводных станций обработкой его газообразным хлором технологически и экономически оправдана. Следует отметить, что пока метод не вышел за пределы лабораторных исследований и не проверен на крупномасштабных установках из-за своей высокой стоимости.

Переливные центрифуги могут обезвоживать осадок водопроводных станций до концентрации твердых веществ в кэке 20-30%, используя современное механизированное оборудование и новые полимеры. Так, например, обезвоживание водопроводного осадка начальной влажностью 99,6%, предварительно обработанного флокулянтами (например, полиэлектролитом) на центрифуге фирмы «Крюгер», обеспечило конечную влажность осадка в пределах 75-73%. При уменьшении влажности исходного материала и обработке его флокулянтами из расчета 2,5 кг на 1 т сухого вещества можно получить конечный продукт влажностью 70%.

Описание оборудования и принцип действия

Принцип действия центрифуги, называющейся также центробежным декантатором, заключается в использовании центробежной силы для ускорения разделения твердой и жидкой фаз.

Для упрощения мы можем уподобить центрифугу декантатору, имеющему форму цилиндра с конусом на конце, вращающегося вокруг горизонтальной оси, с переливом для осветленной воды, из которого выпавший в осадок ил извлекается при помощи червячного винта. Во время вращения к твердым частицам прикладывается центробежная сила, в результате чего они начинают двигаться значительно быстрее.

На практике ил, превратившийся в хлопья, впрыскивается в барабан центрифуги посредством форсунки. Так как барабан центрифуги вращается с большой скоростью (около 3500 об/мин), частицы подвергаются воздействию центробежной силы и прибиваются к стенке барабана в зоне осветления. Затем эти частицы переносятся червяком к коническому концу барабана - в зону отжимания ила. Осветленная жидкость, называемая «центратом», удаляется переливом с другого конца.

Основными параметрами, присущими обезвоживанию на центрифуге, являются:

Диаметр диафрагмы - соответствует диаметру переливного отверстия для центрата. Он устанавливается при помощи набора шайб, регулируемых по высоте. В зависимости от этого диаметра внутри барабана образуется соответствующее жидкое кольцо, толщина которого равняется расстоянию между стенкой и упором шайб.

Чем меньше диаметр диафрагмы, тем больше толщина жидкого кольца. Диаметр диафрагмы выбирается таким образом, чтобы достичь компромисса между осветлением центрата и сухостью обезвоженного ила.

Относительная скорость (Ос) - это разность между скоростью барабана и скоростью червяка. Чем больше Ос, тем быстрее извлекается ил.
Вращающий момент отражает давление, которое ил оказывает на червяк. Оно преобразуется в закручивание оси червяка. Измерение закручивания дает величину вращающего момента.

Чем больше давление ила на червяк, тем больше вращающий момент.

Вращающий момент и относительная скорость прямо связаны между собой (регулирование момента вращения путем воздействия на Ос, и наоборот). Увеличение Ос приводит к уменьшению момента вращения (ил извлекается быстрее).

Существуют центрифуги с высокопродуктивными рабочими характеристиками, позволяющие повысить сухость ила на выходе из центрифуги благодаря применению другой конструкции перемещающего ил червяка, который позволяет удерживать ил внутри центрифуги в течение более продолжительного времени

Основными контролируемыми параметрами при работе центрифуг являются: массовый расход флокулянта (кг/ч), массовый расход ила (кг/ч), концентрация ила (г/л), точка инжекции, параметры машины: момент вращения и относительная скорость, сухость (%), центрат (г/л MES).

Предварительное уплотнение осадка до влажности 98,5-98% повышает производительность центрифуг до 4—10 м³/ч по влажному осадку. В других случаях влажность конечного продукта доводили до 60% при использовании полимерных флокулянтов марки РМ 35000 в количестве 1-4 кг на 1 т сухого вещества осадка. При этом производительность центрифуг составляла 10-20 м³/ч по влажному осадку.

Наиболее приемлемы для обезвоживания водопроводного осадка центрифуги непрерывно-винтового и полунепрерывно-корзиночного типа.

Корзиночные центрифуги с нижней подачей способны обезвоживать осадок до содержания твердых веществ в кэке более 30%. Центрифуги вращаются с помощью гидравлического привода.

В последнее время зарубежными фирмами «Гумбольт» (ФРГ), «Альфа-Лаваль» (Швеция) и др. разработаны усовершенствованные конструкции центрифуг для обезвоживания осадков с флокулянтами.

НИИхиммаш России разработаны центрифуги типа НОГШ, предназначенные для обезвоживания водопроводных осадков, предварительно обработанных флокулянтами. К преимуществам центрифуг можно отнести возможность полного автоматического управления, способность обрабатывать неуплотненный и уплотненный осадки, небольшая площадь, которую они занимают.

Применение центрифуг для обезвоживания водопроводных осадков особенно эффективно на малых водопроводных станциях.

К недостаткам, сдерживающим широкое использование центрифугирования, следует отнести необходимость предварительной обработки осадков реагентами и дорогостоящими флокулянтами, высокую стоимость эксплуатации, не до конца решенную пока проблему удаления и обработки фильтрата.

Добавление к водопроводному осадку химических реагентов, флокулянтов, а также минеральных или органических добавок (каменноугольной пыли, древесной муки, молотого мела) позволяет получить кэк влажностью 62-78%. Например, при добавлении к осадку, содержащему оксид железа, мартеновской пыли (при дозе более 20 г/л) производительность вакуум-фильтров повышается в 2,5-3 раза. В этом случае объем ке- ка уменьшается на 25-30%.

За рубежом для обезвоживания водопроводного осадка применяют два типа вращающихся барабанных вакуум-фильтров: со сходящим полотном и нанесением на фильтровальную перегородку дополнительного фильтрующего слоя. Успешная работа вакуум-фильтров со сходящим полотном требует использования дополнительных средств для обезвоживания осадков, в качестве которых могут выступить полимеры, известь или их комбинации. Исследования по обезвоживанию водопроводного осадка, содержащего оксид алюминия, при дозе извести 30-60% (по отношению к сухому веществу осадка) показали, что концентрация твердых веществ в кэке может составлять 30^0%, а при дозе полимера 3-6 кг на 1 т сухого вещества осадка концентрация твердых веществ в кеке составляет лишь 15-17%. Производительность вакуум-фильтров в обоих случаях составляла 0,15-0,25 кг/(м²ч).

Характеристики центрифуг и ленточных пресс-фильтров

Характеристики	Ед. изм.	Центрифуги	Ленточные пресс- фильтры фирмы «Бельмер»
Степень обезвоживания осадков	% подс.	20-25	25-30
Содержание в/в в фильтрате	мг/л	1000	1000
Степень разделения жидкой и твердой фаз	%	98	98
Расход флокулянта	кг/1тн сух.	4-6	4-6
Потребление эл/энергии	кВтч на 1 тн сух	60-100	40-60
Степень задержания тяжелых Me с осадками	%	70	90
Срок службы до 1 -го капремонта	год	3-4	8-10
Требования к содержанию песка в осадке	%	Не более 1	Не регламентируется
Межремонтный пробег	мес	3-4	12
Требования к содержанию жиров и нефтепродуктов в осадках		Отсутств.	Не должно ухудшать работу сит
Внешний вид осадка		Тестообразная масса, налипает на стенки контейнеров	Чешуйчатая структура, не налипает на стенки контейнеров
Стоимость машины производительностью 30 м³/ч	DM	400000	260000

Конструктивные особенности вакуум-фильтров и свойства обрабатываемых осадков (содержащих гидроксид алюминия) маломутных цветных вод с добавлением извести не позволяют добиться влажности кэка меньше чем 80-84%. Недолговечность ткани вакуум-фильтров отечественных конструкций, высокая стоимость эксплуатации, большой расход реагентов сдерживают применение данного метода для обезвоживания осадков водопроводных станций, содержащих оксид алюминия.

Среди фильтров непрерывного действия известны вакуум-фильтры барабанные, дисковые, ленточные и ряд других. Основные характеристики фильтров представлены в таблице ниже.

Основные параметры барабанных вакуум-фильтров общего назначения с наружной фильтрующей поверхностью

Фильтр	F_Ф, м²	z_я, шт.	n, с^-1	Распределение зон по поверхности барабана (в угловых градусах)
Фильтр	F_Ф, м²	z_я, шт.	n, с^-1	φ_ф	φ_с1	φ_пр+φ_с2	φ₀	φ_p	φ_м1	φ_м	φ_м3	φ_м
БОШЗ-1/75Р	3	16	0,00167- 0,0333	107	71	101	19	20	2	5	30	5
БОШ5-1/75Р	5
Б03-1,75К	3	18	0,00167- 0,0333	125	60	99	25	24	4	5	14	4
Б05-1,75К	5
Б05-1.75У	5	24	0,00167- 0,030	124,5	67	103	20	20	2	5	13,5	5
Б010-2,6У	10	24	0,00217- 0,0333	132	59,5	103	20	20	2	5	13,5	5
Б010-2,6Р	10	24	0,00167- 0,0333	125	71	93,5	19,5	18	2	4,5	22,5	4
Б020-2,6У	20	24	0,00217- 0,0333	132	59,5	103	20	20	2	5	13,5	5
Б040-ЗУ	40	24	0,0095; 0,0142; 0,0287	135	56,5	103	20	20	2	5	13,5	5

Используют барабанные вакуум-фильтры с наружной фильтрующей поверхностью, характеризующиеся высокой скоростью фильтрования, пригодностью для обработки разнообразных суспензий, простотой обслуживания.

Основными задачами при проектировании являются расчет требуемой поверхности фильтрования, подбор по каталогам стандартного фильтра и определение числа фильтров, обеспечивающих заданную производительность.

Расчет проводят в два этапа. На первом определяют ориентировочно общую поверхность фильтрования, на основании которой выбирают число фильтров и их типоразмер. На втором этапе уточняют производительность выбранного фильтра и число фильтров.

Фильтр имеет вращающийся цилиндрический перфорированный барабан 1, покрытый металлической сеткой 2 и фильтровальной тканью 3. Часть поверхности барабана (30-40%) погружена в суспензию, находящуюся в корыте 6. С помощью радиальных перегородок барабан разделен на ряд изолированных друг от друга ячеек (камер) 9. Ячейки с помощью труб 10, составляющих основу вращающейся части распределенной головки 11, соединяются с различными полостями неподвижной части распределительной головки 12, к которым подведены источники вакуума и сжатого воздуха. При вращении барабана каждая ячейка последовательно проходит несколько зон.

Схема барабанного вакуум-фильтра

1 - вращающийся металлический перфорированный барабан; 2 - волнистая проволочная сетка; 3 - фильтровальная ткань; 4 - осадок; 5 - нож для съема осадка; 6 - корыто для суспензии; 7 - качающаяся мешалка; 8 - устройство для подвода промывной жидкости; 9 - ячейки барабана; 10 - трубы; 11, 12 - вращающаяся и неподвижная части распределительной головки; 13 - подача суспензии.

Зона I - зона фильтрования и подсушки осадка, где ячейки соединяются с линией вакуума. Благодаря возникающему перепаду давления (с наружной стороны барабана давление атмосферное) фильтрат проходит через фильтровальную ткань 3, сетку 2 и перфорацию барабана 1 внутрь ячейки и по трубе 10 выводится из аппарата. На наружной поверхности фильтровальной ткани формируется осадок 4. При выходе ячеек из суспензии осадок частично подсушивается.

Зона II - зона промывки осадка и его сушки, где ячейки также соединены с линией вакуума. С помощью устройства 8 подается промывная жидкость, которая проходит через осадок и по трубам 10 выводится из аппарата. На участке этой зоны, где промывная жидкость не поступает, осадок высушивается.

Зона III - зона съемки осадка; здесь ячейки соединены с линией сжатого воздуха для разрыхления осадка, что облегчает его удаление. Затем с помощью ножа 5 осадок отделяется от поверхности ткани.

Зона IV - зона регенерации фильтровальной перегородки, которая продувается сжатым воздухом и освобождается от оставшихся на ней твердых частиц.

После этого весь цикл операций повторяется. Таким образом, на каждом участке поверхности фильтра все операции происходят последовательно одна за другой, но участки работают независимо, поэтому в целом все операции происходят одновременно, и процесс протекает непрерывно.

В корыте 6 для суспензий происходит осаждение твердых частиц под действием силы тяжести, причем в направлении, противоположном движению фильтрата. В связи с этим возникает необходимость перемешивания суспензии, для чего используют мешалку 7.

Следует отметить, что ячейки при вращении барабана проходят так называемые мертвые зоны, в которых они оказываются отсоединенными от источников как вакуума, так и сжатого газа.

Исходными данными для расчета фильтра являются требуемая производительность по фильтрату, перепад давления при фильтровании и промывке, массовая концентрация твердой фазы в исходной суспензии. Кроме того, из экспериментов должны быть определены константы фильтрования, удельное сопротивление осадка и сопротивление фильтровальной перегородки; влажность отфильтрованного осадка; удельный расход промывной жидкости (т.е. расход, необходимый для промывки 1 кг осадка); минимальная продолжительность окончательной сушки осадка; оптимальная высота слоя осадка (как правило, она составляет 7-15 мм).

Перед расчетом на основании стандартной разбивки поверхности фильтра на технологические зоны задаются значениями углов сектора предварительной сушки осадка, зон съема осадка, регенерации фильтровальной перегородки, мертвых зон.

Применение ленточных фильтр-прессов для обезвоживания гидроксидных осадков стало возможным благодаря широкому распространению синтетических полиэлектролитов (флокулянтов) различного типа, позволяющих кондиционировать осадок перед механическим обезвоживанием.

Основными преимуществами ленточных фильтр-прессов перед другими видами оборудования для механического обезвоживания осадка (камерными фильтр-прессами, вакуум-фильтрами, центрифугами) являются более высокая производительность, низкие энергоемкость, капитальные и эксплуатационные затраты. Ленточные фильтр-прессы отличаются также возможностью обезвоживания неуплотненного осадка влажностью до 99%.

По значениям влажности обезвоженного водопроводного осадка (77-84%) ленточные фильтр-прессы несколько уступают камерным фильтр-прессам и сопоставимы либо превосходят центрифуги (декантеры). Потребляемая мощность на тонну сухого вещества 5-20 кВт.

Ленточные фильтр-прессы предназначены для механического обезвоживания осадков под действием сил гравитации, вакуума и давления.

Основными элементами конструкции ленточных фильтр-прессов являются: устройства подачи и распределения осадка на пресс, фильтровальные ленты, привод фильтр-пресса, система, обеспечивающая заданные направления движения лент и степень их натяжения, узлы отжима осадка, узлы промывки фильтровальных лент, системы сбора и отвода промывной воды и фильтрата, ножи для съема обезвоженного осадка с лент. Общим конструктивным элементом ленточных фильтр-прессов являются две непрерывно передвигающиеся параллельно друг другу фильтровальные ленты, между которыми отжимается осадок. Промывка фильтрующих лент производится при помощи устройств по типу «водяных флейт». Применяются ленты из полиэфирной, лавсановой или пропиленовой одно- или многослойной ленты. По направлению движения лент ленточные фильтр-прессы подразделяются на горизонтальные, вертикальные, угловые, петлеобразные и барабанные.

Независимо от конструктивных особенностей ленточные фильтр-прессы имеют следующие основные технологические зоны:

зона гравитационного обезвоживания на фильтровальной ленте после кондиционирования полиэлектролитами;
зона предварительного фильтрования;
зона окончательного отжима влаги.

На рисунке представлена схема ленточного фильтр-пресса «Винкельпресс Бель- мер». Обработанный флокулянтами осадок поступает на фильтр-пресс. В первой зоне обезвоживания кондиционированный осадок обезвоживается за счет свободной фильтрации воды через горизонтальную фильтровальную ленту. В следующей фазе обработки осадок поступает в вертикальную шахту клиновидной формы, где обезвоживается под действием гравитации и небольшого, постепенно увеличивающегося давления. Фильтрация происходит через обе ленты. Следующая фаза обезвоживания - фильтрация на перфорированном барабане как наружу, так и внутрь барабана. Окончательное обезвоживание производится между лентами на системе отжимных роликов. Обезвоженный осадок снимается с лент после их разделения при помощи специальных ножей.

Угловой ленточный фильтр-пресс «Бельмер»

Параметры работы ленточных фильтр-прессов при обезвоживании осадков природных вод в связи с разнообразием их свойств и параметров работы водопроводных станций необходимо принимать на основании технологических изысканий на конкретном объекте.

Величина давления фильтрования зависит от свойств обезвоживаемого осадка и определяется сжимаемостью осадка и может приниматься (при условии предварительной подготовки осадка) 0,3-0,5 МПа.

Величина давления для промывки фильтровальных лент - 0,4-0,6 МПа, расход промывной воды - 4-8 м³/ч.

Основным параметром работы ленточных фильтр-прессов является производительность, которая может выражаться в кг сухого вещества, снимаемого с 1 м ширины ленты в течение одного часа.

Производительность ленточных фильтр-прессов по сухому веществу осадка Q кг/(мч), выраженная через концентрацию исходного осадка, может быть рассчитана по формуле

Q = g*C_ucx/L,

где g - подача осадка на обезвоживание, м³/ч; С_исх - концентрация исходного осадка, кг/м³; L - ширина ленты, м.

В таблице приведены результаты обезвоживания водопроводных осадков на ленточных фильтр-прессах по зарубежным и отечественным источникам.

Основное и необходимое условие обезвоживания осадков природных вод на ленточных фильтр-прессах - предварительное кондиционирование флокулянтами. Применение флокулянтов позволяет связать твердые частицы осадка в крупные агрегаты, в результате происходит отделение твердой фазы осадка от жидкой и эффективное дренирование иловой жидкости в непрерывном режиме. Тип, дозы и режим ввода флокулянта для каждой конкретной технологической задачи определяются экспериментально. Для предварительных расчетов можно принимать дозу флокулянта в пределах до 3-6 кг/1т сух. вещества.

Результаты обезвоживания гидроксидных осадков водопроводных станций на ленточных фильтр-прессах

Вид осадка	Концентрация сухого вещества в осадке, %	Доза реагента	Производительность по сухому веществу кг/(м*ч)	Содержание сухого вещества в кеке, %
По зарубежным источникам
Неорганический гидрофильный, очистка питьевой воды солями Al, Fe	3-6	1,5-3 кг/1 т сух. вещ-ва	80-150	16-23
По результатам отечественной практики ВОС г. Вологда
Гидроокисный осадок, обработка сульфатом алюминия цветных маломутных вод	1-4	3-6,3 кг/1 т сух. вещ-ва	90-120	18-20

Приготовление раствора флокулянтов необходимо производить в специальных устройствах (мешалках) в соответствии с требованиями производителя реагента. Концентрация рабочего раствора обычно принимается 0,1-0,5%.

В настоящее время отечественная и зарубежная промышленность выпускает большое число ленточных фильтр-прессов различных конструкций и типоразмеров, пригодных для обезвоживания осадков природных вод. Ниже приводятся технические характеристики некоторых из них.

Процесс обезвоживания осадка на ленточном фильтр-прессе происходит в непрерывном режиме при обязательном предварительном кондиционировании осадка и постоянной промывкой фильтровальных сеток.

Технологическая схема обезвоживания осадка на ленточном фильтр-прессе

1 - промежуточная емкость осадка; 2 - насос подачи осадка на обезвоживание; 3 - установки приготовления флокулянта; 4 - устройства ввода-смешения флокулянта; 5 - насосы-дозаторы флокулянта; 6 - ленточный фильтр-пресс; 7 - бак промывной воды; 8 - насос подачи воды на промывку лент; 9 - отвод фильтрата; 10 - отвод промывной воды; 11 - бункер обезвоженного осадка.

Технические характеристики ленточных фильтр-прессов ЛФ НПФ «БИФАР»

Типораз мер	Ширина сетки, м	Производи тельность*, м³/ч	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Вес, кг
ЛФ-500 П	500	1-2	2600	950	1880	950
ЛФ-750 П	750	2-5	2600	1200	1880	1200
ЛФ-1500 П	1500	5-15	3700	2000	1900	2500

* Производительность зависит от свойств осадка.

Автоматические фильтр-прессы с механическим зажимом фильтровальных плит типа ФПАКМ (фильтр-пресс автоматический, камерный, модернизированный) с площадью поверхностного фильтрования 2,5-100 м² обеспечивают удовлетворительные результаты при добавлении к водопроводному осадку извести, выполняющей в этом случае роль реагента и присадочного материала благодаря ее низкой растворимости, большому содержанию инертных примесей, высокой дисперсности и низкой плотности. Эффективность применения фильтр-прессов зависит от качества исходной воды, поступающей на водопроводную станцию, и как следствие - от качества водопроводного осадка, поскольку от этого зависит расход извести для кондиционирования водопроводного осадка.

Повышение степени обезвоживания и производительности фильтр-прессов может быть достигнуто путем введения в качестве присадочного материала каолинитовой глины и нагрева уплотненного осадка при скорости подъема температуры 3-8 С в 1 мин. Влажность обезвоженного осадка составляет 62%, а производительность фильтр-пресса повышается до 11 кг/(м²ч).

Обезвоживание водопроводного осадка на фильтр-прессах с добавлением извести или других присадочных материалов приводит к образованию большого количества фильтрата, обогащенного загрязнениями, в состав которых входит алюминий, и требует дополнительной обработки.

Из-за применения большого количества реагентов, присадочного материала, высокой стоимости эксплуатации и дополнительных сооружений по обработке фильтрата применение фильтр-прессов сдерживается, особенно для осадков, образующихся при обработке высокоцветных маломутных природных вод.

Установка по обезвоживанию осадка природных вод на ленточном фильтр-прессе включает в себя следующие элементы: промежуточную емкость для выравнивания подачи осадка (при необходимости), насосы и трубопроводы подачи осадка на обезвоживание, ленточный фильтр-пресс, установки приготовления дозирования и ввода флокулянта, систему удаления обезвоженного осадка, подвода и удаления промывной воды, трубопроводы отвода фильтрата.

Фильтрат ленточных фильтр-прессов может использоваться после очистки для промывки фильтровальных лент.

Оптимальная эффективность обезвоживания для каждого типа осадка достигается регулированием: