КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ И ПОЛНОЙ УТИЛИЗАЦИИ С ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕМ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Комплекс для переработки и полной утилизации с обезвреживанием осадков сточных вод относится к обработке осадков сточных вод и может быть применен для получения строительных материалов различного назначения.
Утилизация отходов производства и потребления - одна из актуальных задач современности. Объемы накопления в России неиспользуемых отходов, согласно экспертным оценкам НИЦПУРО (Научно-исследовательский центр по проблемам управления ресурсосбережением и отходами), достигли 80-90 млрд т. Ежегодно образуется свыше 2,7 млрд тонн промышленных отходов. Обеспечение жизнедеятельности людей также связано с постоянным образованием значительных объемов отходов - начиная с «хвостов» водоподготовки и заканчивая технологическими отходами коммунальных очистных сооружений (КОС).
Наиболее остро проблема переработки складированных отходов КОС и рекультивации полигонов хранения стоит для мегаполисов, где действует общесплавная канализация, что способствует загрязнению отхода неорганическими и органическими экотоксикантами, в том числе тяжелыми металлами, фенолами и ПХБ (полихлорированные бифенилы), в концентрациях, значительно превышающих ПДК. Полигоны являются постоянными источниками загрязнения атмосферы, грунтовых вод и почв: за счет большого содержания органических веществ депонированный отход представляет собой необеззараженную и нестабилизированную массу, подверженную процессам разложения и гниения с образованием биогаза и воды. Миграция экотоксикантов в окружающую природную среду ведет к ухудшению экологической ситуации на близлежащих к полигону территориях и в населенных пунктах.
Организация и содержание полигонов хранения требуют больших материальных затрат и вывода из хозяйственного оборота обширных территорий.
Известен «Комплекс для переработки биомассы» по патенту №75654 от 09.04.2008, опубликовано 20.08.2008. МПК C05F 7/00, содержащий обезвоживатель биомассы, сушилку, генератор газов с зольником, газовый выход которого связан с устройством очистки и охлаждения газа, и снабженный теплогенератором, как минимум одним дополнительным обезвоживателем, устройством гранулирования или брикетирования высушенной биомассы, при этом обезвоживатели последовательно соединены друг с другом, теплообменник подведен к выходу второго обезвоживателя и подсоединен к теплогенератору для циркуляции теплоносителя через газообменник, выход которого подведен к сушилке, связанной с газовым выходом теплогенератора трубопроводом, в котором установлен смеситель, обратным каналом связанный с газоотводом сушилки, выход которой связан с устройством гранулирования или брикетирования высушенного продукта, связанного с газовым генератором, газовый выход которого через устройство очистки и охлаждения имеет возможность соединения с генератором электрического тока и/или с теплогенератором.
Наличие нескольких обезвоживателей усложняет схему, а детоксикация золы, только перед отправкой потребителю, ухудшает экологические условия работы всего комплекса, из-за работы с необезвреженным продуктом.
Известно устройство переработки осадков сточных вод по патенту RU 2354613 «Способ переработки осадков сточных вод и устройство для его осуществления» от 05.07.2007, опубликовано 10.05.2009, МПК C02F 11/10, содержащее систему подачи осадка, формирователь, камеру сушки и камеру пиролиза, систему возврата горючего газа, систему возврата отходящих газов.
В данном устройстве избыточные горючие газы сжигают в атмосфере в факеле, а отработанные газы и пар удаляют в атмосферу, чем нарушают экологическое равновесие вокруг установки, в сторону ухудшения.
Устройство не позволяет утилизировать, обеззаразить и переработать в полезную продукцию неорганические составляющие осадка ОСВ - в виде шлакозольных компонентов.
Наиболее близким по технической сущности является «Система переработки осадка сточных вод» по патенту RU №2309129 от 17.07.2006, опубликовано 27.10.2007, МПК C02F 11/18, содержащая блоки обезвоживания осадка, сушки и сжигания обезвоженного осадка, удаления золы из уходящих газов и очистки дымовых газов, блоком изготовления изделий из автоклавного золопенобетона (АЗПБ), узлом отбора золы, узлом обработки золы и узлом отбора пара, причем блок АЗПБ с помощью узлов отбора и обработки золы, связан с блоком удаления золы из уходящих газов, а при помощи узла отбора пара - с блоком сушки и сжигания осадка.
Полной переработки зольного остатка система не обеспечивает, поскольку в ней предусмотрен узел накопления и удаления избыточной золы, с последующим вывозом и складированием на полигоне, что создает экологическую опасность от распыления ее при погрузо-разгрузочных работах и транспортировании из-за пыления и рассеивания высокотоксичных тяжелых металлов.
В связи с периодичностью работы автоклава, длительностью выдержки в нем изделий под давлением при повышенной температуре, он ограничивает и снижает общую производительность процесса и уменьшает объемы выпускаемой продукции. Выпуск только одного вида продукции - автоклавного золопенобетона (АЗПБ) снижает коэффициент использования другого оборудования комплекса и технико-экономические показатели всего комплекса.
Для получения товарной продукции АЗПБ обязательно применение таких сырьевых материалов как цемент, известь, которые сами по себе обладают потребительской ценностью, и повышают ее стоимость.
Задачей предлагаемого технического решения является создание комплекса для полной, с высокой производительностью утилизации с обезвреживанием крупнотоннажных отходов, образующихся при очистке сточных вод, и переработка их, без образования остаточных зольных отходов, в сырье и изделия, обладающие потребительской ценностью. Задача решена за счет комплекса для переработки и полной утилизации с обезвреживанием осадков сточных вод, содержащего участки обезвоживания осадка, сушки, сжигания обезвоженного осадка, формования изделий, блоки удаления золы из уходящих газов и очистки дымовых газов, при этом, участок обезвоживания осадка соединен, через участок переработки и подготовки технологической массы, участок формования, участок сушки и термоподготовки, печь обжига и холодильник, со складом готовой продукции; участок обезвоживания осадка снабжен блоком термического обезвреживания, соединенным с блоком очистки дымовых газов, и бункером запаса золы, вход которого соединен и с выходом блока очистки дымовых газов; участок сушки и термоподготовки снабжен сушильным барабаном, вход которого соединен с выходом участка формования, и выходом печи обжига, а выходы его соединены с блоком очистки отходящих газов, и, через бункер запаса полуфабриката, с печью обжига; комплекс снабжен узлом корректирующих добавок, выходы которого соединены с бункером запаса золы, с участками переработки и подготовки технологической массы, и формования.
Соединение участка обезвоживания осадка, через участок переработки и подготовки технологической массы, участок формования, участок сушки и термоподготовки, печь обжига и холодильник, со складом готовой продукции, снабжение участка обезвоживания осадка блоком термического обезвреживания, соединенным с блоком 6 очистки дымовых газов, и бункером запаса золы, вход которого соединен и с выходом блока 6 очистки дымовых газов, соединение сушильного барабана участка сушки и термоподготовки, с выходом печи обжига, и соединение его выходов, с блоком очистки отходящих газов, и, через бункер запаса полуфабриката, с печью обжига, снабжение узлом корректирующих добавок, выходы которого соединены с бункером запаса золы, с участками переработки и подготовки технологической массы, и формования, позволяет комплексу обеспечить полную переработку и двойное обезвреживание осадков и золы в товарную продукцию с утилизацией тепла, что снижает энергоемкость всего комплекса, обеззаразить золу на первом этапе и собрать золу из отходящих дымовых газов, что создает экологически благоприятную обстановку вокруг всего комплекса, в непрерывном режиме.
На чертеже изображен комплекс для переработки и полной утилизации с обезвреживанием осадков сточных вод, где участок 1 термообезвоживания, участок 2 переработки и подготовки технологической массы, участок 3 формования, участок 4 сушки и термоподготовки, блок 5 термического обезвреживания, блок 6 очистки дымовых газов, бункер 7 запаса золы, шаровая мельница 8, смеситель 9, узел 10 корректирующих добавок, шнековый пресс 11, дырчатые вальцы 12, тарельчатый гранулятор 13, сушильный барабан 14, бункер 15 запаса полуфабриката, печь обжига 16, холодильник 17, склад 18 готовой продукции, блок 19 очистки отходящих газов.
Комплекс для переработки и полной утилизации с обезвреживанием осадков сточных вод выполнен следующим образом.
Комплекс содержит участок 1 обезвоживания осадка, соединенный через участок 2 переработки и подготовки технологической массы, участок 3 формования, участок 4 сушки и термоподготовки, печь обжига 16 и холодильник 17, со складом готовой продукции.
В комплексе используют стандартное оборудование для дозирования, смешения и гомогенизации компонентов, что упрощает и удешевляет технологическую линию.
Участок 1 обезвоживания осадка снабжен блоком 5 термического обезвреживания, соединенным с блоком 6 очистки дымовых газов, и бункером 7 запаса золы, вход которого соединен и с выходом блока 6 очистки дымовых газов; участок 4 сушки и термоподготовки снабжен сушильным барабаном 14, вход которого соединен с выходом участка 3 формования, и выходом печи обжига 16, а выходы его соединены с блоком очистки отходящих газов 19, и, через бункер запаса полуфабриката 15, с печью обжига 16; комплекс дополнительно снабжен узлом 10 корректирующих добавок, выходы которого соединены с бункером 7 запаса золы, с участками 2 переработки и подготовки технологической массы, и 3 формования.
Выход участка 2 переработки и подготовки технологической массы, связан через вход-выход участка 3 формования, содержащего шнековый пресс 11, дырчатые вальцы 12, тарельчатый гранулятор 13, с входом участка 4 сушки и термоподготовки, содержащего сушильный барабан 14, бункер 15 запаса полуфабриката.
Выход участка 4 сушки и термоподготовки связан, через печь обжига 15 и холодильник 17, со складом готовой продукции 18.
Комплекс для переработки и полной утилизации с обезвреживанием осадков сточных вод работает следующим образом.
Осадок с иловых карт (ОСВ) поступает на участок обезвоживания 1, в блок 5 термического обезвреживания для предварительного обезвреживания и освобождения от органических компонентов при температуре 700-800°С, при которой происходит надежное обеззараживание от патогенных микроорганизмов и гельминтов, что обеспечивает разложение токсичных газов в составе выбросов. Отходящие дымовые газы направляют на газоочистные сооружения в блок 6 очистки дымовых газов, зольные остатки от которого подают в бункер 7 запаса золы на участок 1 обезвоживания.
Получающуюся после термообработки золу направляют на участок 2 переработки и подготовки технологической массы, где производят тонкий помол (менее 0,08 мм) в шаровой мельнице 8 непрерывного действия. Мелкодисперсный порошок поступает в смеситель 9 непрерывного действия, совместно с добавочными компонентами и связующими с узла 10 корректирующих добавок.
После тщательной переработки и гомогенизации массы в смесителях 9 непрерывного действия ее подают на участок 3 формования.
Формование осуществляют любым известным устройством, с использованием стандартного оборудования, в зависимости от влажности и пластичности массы, или пластическим способом на шнековом прессе 11, или дырчатых вальцах 12; либо скатыванием на тарельчетом грануляторе 1 с корректирующими добавками с узла 11, либо полусухим способом с применением прессования.
Сформованный полуфабрикат с выхода участка 3 формования направляют на участок 4 сушки в сушильный барабан 14 и через бункер запаса полуфабриката 15, в печь обжига 16. Кроме сушильного барабана может быть использовано и другое стандартное оборудование, например конвейерная сушилка.
Отходящие газы из печи обжига 16 направляют в сушильный барабан 14, на повторное использование, что снижает общие энергозатраты на работу комплекса, и через блок очистки отходящих газов 19 в атмосферу.
В печи обжига 16 материал подвергают обжигу при температуре 900-1200°С (в зависимости от состава шихты и вида получаемой продукции). Происходит дополнительное обезвреживание материала, путем образования пиропластической массы, в состав которой входят ионы тяжелых металлов (свинец, ртуть, хром, кадмий, мышьяк). Пиропластическая масса (расплав, образующийся при температурном воздействии) включает также присутствующие в осадках микроэлементы (кальций, медь, молибден, цинк). Таким образом, в процессе высокотемпературного формирования структуры указанные металлы встраиваются в ионную структурную сетку материала; это обеспечивает прочность связывания тяжелых металлов.
Следует отметить негативную роль микроэлементов в составе осадков: в сочетании с более вредными ядовитыми компонентами - тяжелыми металлами они усиливают токсическое воздействие на организм. Поэтому их надежное связывание в составе стеклофазы материала также является значимым фактором обеззараживания.
В качестве корректирующих добавок в узле 10 могут быть использованы местные природные и техногенные материалы: глины (в первую очередь некондиционные, малоиспользуемые), золы, опоки, трепелы, диатомиты и др.
Высокотемпературное формирование структуры материала обеспечивает наиболее надежное связывание токсичных тяжелых металлов на ионно-молекулярном уровне с образованием долговечной структуры, сохраняющей стабильность в условиях долговременной эксплуатации при смене температур и одновременном воздействии влажности, мороза.
В результате высокотемпературного спекания тяжелые металлы образуют прочные связи в структуре материала в отличие от известных способов (например, путем их связывания за счет протекания хемосорбционных процессов и формирования сорбционной активной минеральной матрицы (Патент РФ RU №2293070)).
Прочность структуры в нашем случае обусловлена внедрением ионов тяжелых металлов и микроэлементов в структуру формирующегося материала на молекулярном уровне в процессе твердофазового спекания с последующим образованием стеклофазы, и еще более интенсивном процессе спекания с участием жидкой фазы расплава. Материал после обжига подают на охлаждение в холодильник 17 и склад готовой продукции 18.
Преимуществом предлагаемого комплекса является непрерывность технологического процесса и высокая производительность на всех технологических переделах. В результате достигается увеличение объемов переработки отходов, крупнотоннажное использование их для получения полезной продукции. Получаемый материал обладает полезными потребительскими свойствами.
Комплекс позволяет получать материал, обладающий, после двойного обеззараживания, надежной экологической безопасностью, в виде гранул или щебня, с различной плотностью и прочностью, в зависимости от нужд заказчика, за счет изменения состава технологической массы, видов связующих и технологических параметров, температуры термообработки.
Комплекс позволяет получать заполнители для бетонов общестроительного и специального назначения (жаростойкие и огнеупорные для нужд высокотемпературной теплоизоляции) и дорожные материалы в виде гравия или щебня.
Одно из важнейших направлений применения получаемой продукции - использование в строительстве, в частности при строительстве дорог.
В результате достигается не только экологическая, но и технико-экономическая значимость, поскольку проблема дорожного строительства весьма актуальна. С учетом того, что большую часть нашей страны из-за равнинной географии лишена качественного природно-каменного материала для дорожного строительства, потребительская ценность получаемого строительного материала несомненна.
Другим существенным эколого-экономическим преимуществом комплекса является возможность одновременной утилизации других крупнотоннажных отходов, таких как золы.
Практика показала, что предлагаемый комплекс имеет высокую производительность (порядка 200 тыс. тонн отходов в год) при строительстве только одной технологической нитки. Это обеспечивает значительные объемы утилизации отходов с переработкой их в полезную экологически безопасную продукцию и позволяет:
- значительно улучшить экологическую обстановку;
- исключить затраты, связанные с ликвидацией экологических последствий складирования и содержания отходов на иловых картах;
- значительно снизить объемы отходов, вывозимых на полигоны, иловые карты;
предотвратить расширение земельных угодий, используемых для захоронения отходов;
- получить полезную продукцию, востребованную в народном хозяйстве без использования готовых строительных материалов, таких как цемент, известь в качестве дополнительных компонентов;
- исключить транспортные расходы на перевозку зольных отходов и угрозу их распыления при погрузо-разгрузочных работах и транспортировки.
Техническим эффектом является создание комплекса для полной, с высокой производительностью утилизации с обезвреживанием, крупнотоннажных отходов, образующихся при очистке сточных вод, и переработка их, без образования остаточных зольных отходов, в сырье и изделия, обладающие потребительской ценностью, за счет того что, участок обезвоживания осадка соединен, через участок переработки и подготовки технологической массы, участок формования, участок сушки и термоподготовки, печь обжига и холодильник, со складом готовой продукции; участок обезвоживания осадка снабжен блоком термического обезвреживания, соединенным с блоком очистки дымовых газов, и бункером запаса золы, вход которого соединен и с выходом блока очистки дымовых газов; участок сушки и термоподготовки снабжен сушильным барабаном, вход которого соединен с выходом участка формования, и выходом печи обжига, а выходы его соединены с блоком очистки отходящих газов, и, через бункер запаса полуфабриката, с печью обжига; он снабжен узлом корректирующих добавок, выходы которого соединены с бункером запаса золы, с участками переработки и подготовки технологической массы, и формования.