Вакуум фильтр. 
Вакуум фильтр

Вакуум-фильтр оборудован тремя роликами: отдувочно-раз-грузочным, натяжным и возвратным. Для предупреждения соскальзывания и перекоса фильтровальной ткани относительно поверхности барабана фильтра и роликов в нее по краям вшиваются резиновые жгуты, соответственно которым на поверхности барабана и роликов (по бокам) устроены пазы. Резиновые жгуты обеспечивают герметичность в пределах зоны вакуума и одновременно являются направляющими при движении ткани.

Вакуум-фильтрационные установки состоят из вакуум-фильтров и необходимого для их работы вспомогательного оборудования: вакуум-насосов, воздуходувок, ресиверов и центробежных насосов.

Вакуум-фильтр представляет собой полый барабан 1 с перфорированной боковой поверхностью, разделенной изнутри на отдельные ячейки. Поверхность барабана покрыта металлической сеткой и затем фильтровальной тканью. Вал барабана 4 — полый. С одной стороны он соединен с приводом, а с другой — с распределительным устройством, позволяющим при вращении барабана отдельным ячейкам соединяться с различными полостями его неподвижной части для последовательного проведения отдельных операций фильтрования. Барабан погружен (на 0,3—0,4 своего диаметра) в резервуар 11, содержащий фильтруемую суспензию. Для того чтобы эта суспензия не выпадала в осадок, предусмотрена качающая мешалка 12.

На вакуум-фильтрах подлежит автоматизации дозирование подаваемых реагентов. вакуум фильтр барабанный дегельминтизация После вакуум-фильтрования в осадке еще останется 23,83 г/г воды, а после центрифугирования 8,98 г/г. Таким образом, не удаляемый никакими из названных способов остаток воды в гид-ратном осадке составляет 8,98 г/г. Из сказанного совершенно очевидно, что обычным отстаиванием практических результатов обезвоживания гидратных осадков достичь невозможно. Между тем также становится очевидным большое значение механического обезвоживания осадка на вакуум-фильтрах или центрифугах. Однако и вакуум-фильтрование осадков не во всех случаях дает благоприятные результаты. Факторами, которые могут влиять на обезвоживаемость осадков, являются количество сухого вещества в осадке М, величина вакуума, время фильтрования, время предварительного отстаивания, соотношение в осадке закисного и окисного железа, соотношение железа и сульфата кальция, применение так называемого «оборотного осадка», добавление при нейтрализации карбоната кальция, аэрирование для окисления двухвалентного железа до трехвалентного, величина pH.

Хотя на фильтр-прессах и ленточных прессах обезвоживают до 75% всех осадков, в Великобритании для этой цели применяют и вакуумные фильтры. Наиболее широко распространенная конструкция — барабанный вакуум-фильтр. Барабан состоит из ряда камер, к каждой из которых может подводиться либо вакуум (40—90 кПа), либо избыточное давление. В качестве фильтрующего материала может использоваться ткань, проволочная сетка или конструкция из плотно упакованных проволочных спиралей, расположенных таким образом, чтобы их оси совпадали с направлением вращения. Ил загружают в резервуар, в который погружен барабан, вращающийся со средней скоростью 5 мм/с. В результате вакуумирования погруженной камеры пленка влажного осадка налипает на фильтрующий материал. В процессе вращения барабана ваку-умирование продолжается для создания движущей силы фильтрационного процесса. Незадолго до завершения полного оборота вакуумирование прекращается и прикладывается избыточное давление. Это обеспечивает отделение осадка. Как правило, осадок при таком процессе содержит больше влаги, чем полученный на фильтр-прессе. Тем не менее этот процесс обладает таким важным преимуществом, как непрерывность. Эксплуатационные характеристики процесса вакуумного фильтрования приводятся в работе Нельсона и Тэвери [185], там же дается перечень возможных аварийных ситуаций .и программа предупредительного контроля оборудования.

Барабанные вакуум-фильтры предназначены для фильтрования различных суспензий. Они широко применяются в химической, пищевой, горнорудной, металлургической, нефтеперера батывающей и других отраслях промышленности. Для бесперебойной работы вакуум-фильтров толщина слоя кэка при фильтровании суспензии на них или на погружной воронке должна достигать в течение 4 мин не менее 5 мм. Этому требованию удовлетворяют осадки городских сточных вод, прошедшие предварительную обработку (промывку и коагуляцию). Барабанные вакуум-фильтры являются автоматическими непрерывнодействующими механизмами.

При подготовке вакуум-фильтров к пуску Проверяют наличие масла в масленках и отверстиях для смазки всех смазываемых узлов, надежность закрепления фильтровальной ткани на барабане и ее чистоту, исправность вакуум-насосов, ресиверов, воздуходувок, вакуумной и воздушной линий, дозирующих устройств. Перед пуском закрывают все задвижки и на 20—30 мин пускают фильтры вхолостую. Пуск вакуум-фильтров в работу производят следующим образом: открывают подачу скоагулированного осадка в корыто и включают привод барабана; открывают задвижку на вакуумной линии между ресиверами и вакуум-насосами, а также на линии подачи сжатого воздуха, включают вакуум-насосы и воздуходувки; когда осадок в корыте достигнет уровня переливной трубы, открывают задвижки на вакуумной линии между ресиверами и вакуум-фильтрами; после того как толщина слоя кэка на фильтре составит 5—20 мм, включают центробежные насосы по перекачке фильтрата и производят регулировку подачи осадка в корыто, откачки фильтрата из ресиверов, величины вакуума и давления воздуха.

Показатели работы вакуум-фильтров зависят от правильного режима эксплуатации всего комплекса сооружений по обработке осадка. Поэтому основными задачами эксплуатации вакуум-фильтрационных установок являются поддержание необходимой степени обработки осадка перед обезвоживанием и выбранного оптимального режима работы вакуум-фильтров, вакуум-насосов и воздуходувок. Получение оптимальных лабораторных данных и перенесение их на производственные установки требуют соответствующего практического опыта и должны поручаться технологу — специалисту в области фильтрования.

Показатели работы вакуум-фильтров зависят от правильного режима эксплуатации всего комплекса сооружений по обработке осадка. Поэтому основными задачами эксплуатации вакуум-фильтрационных установок являются поддержание необходимой степени обработки осадка перед обезвоживанием и выбранного оптимального режима работы вакуум-фильтров, вакуум-насосов и воздуходувок. Получение оптимальных лабораторных данных и перенесение их на производственные установки требуют соответствующего практического опыта и должны поручаться технологу — специалисту в области фильтрования.

Преимущество дисковых вакуум-фильтров перед барабанными состоит в том, что занимают меньшую площадь.

При принятой компоновке вакуум-фильтры устанавливаются на отметке (+15м). …].

За последние годы барабанные вакуум-фильтры получают широкое применение для обезвоживания шламов, образующихся при нейтрализации травильных вод известью. При травлении черных металлов отработанные растворы содержат до 1% серной кислоты и до 200 г/л сернокислого железа. После нейтрализации известью образуется шлам влажностью 85—96%- Обезвоживание шлама на барабанных вакуум-фильтрах позволяет снизить его влажность до 50—75%.

В процессе работы барабанных вакуум-фильтров надо обращать особое внимание на состояние и степень загрязненности фильтровальной ткани. Когда скорость фильтрования уменьшится настолько, что дальнейшая работа вакуум-фильтра станет неэффективной, фильтрование прекращают и производят регенерацию фильтровальной ткани. Регенерацию ткани можно выполнять различными способами: механической очисткой специальными щетками с одновременной промывкой водой, в которую добавлены моющие средства, и продувкой воздухом; промывкой 10%-ным иаствором ингибированной соляной кислоты; комбинацией этих способов. Оптимальный расход ингибированной кислоты устанавливают опытным п тем. Раствор кислоты после регенерации фильтровальной ткани может быть использован повторно, если он не очень загрязнен.

При 5 =1 производительность вакуум-фильтра с увеличением давления увеличивается незначительно (практически постоянна).

Уравнение учитывает как условия работы вакуум-фильтров (Р, т, М), так и свойства обезвоживаемого осадка (/?, Си, Ск) и позволяет оценить влияние этих факторов на процесс фильтрования. Так, например, изменение продолжительности оборота барабана вакуум-фильтра с 1,5 до 8 мин. если считать, что остальные величины, входящие в уравнение, остаются неизменными, может понизить производительность вакуум-фильтра в 2,3 раза. Снижение влажности «сходного осадка с 98 до 92% может увеличить производительность вакуум-фильтра (при влажное! ч кэка 70—75% и прочих постоянных величинах) в 2,5—2,8 раза. При увеличении влажности кэка с 75 до 85% производительность фильтра увеличивается в 1,5 раза. Так как параметры, входящие в уравнение (17>, взаимосвязаны, то при выборе их оптимальных значений следует исходить из свойств конкретного осадка, подлежащего обезвоживанию.

Механическое обезвоживание производят на вакуум-фильтрах с разрежением до 50—80 кПа. Добавление к осадкам древесной муки, молотого мела, извести, каменноугольной пыли или флокулянтов позволяет получить кек с влажностью 60—80%. Более экономичным, по мнению многих специалистов, является применение фильтр-прессов. При добавлении извести 10—50% или флокулянтов совместно с летучей золой получают кеки с содержанием 45—50% твердого. Для улучшения работы фильтр-прессов в качестве присадочных материалов можно использовать активный уголь, диатомит и др. При центрифугировании осадков содержание твердой фазы в них повышается до 10—15%, а в случае применения реагентов — до 25—30%.

Другими недостатками серийно выпускаемых вакуум-фильтров являются трудоемкость экипировки барабана фильтровальной тканью и то, что часть фильтрата, остающаяся в трубках секций при выходе из зоны вакуума и переходе в зону отдувки, выдувается сжатым воздухом, несколько разжижая образовавшийся кэк.

Основными рабочими параметрами барабанных вакуум-фильтров являются продолжительность фильтроцикла и величина вакуума.

При фильтровании на вращающемся барабанном вакуум-фильтре разность давлений создается вакуум-насосом. Фильтрующей средой на барабанном вакуум-фильтре является фильтровальная ткань и слой осадка, налипающий на ткань в процессе фильтрования. В начале цикла фильтрование происходит через ткань, в порах которой частички осадка задерживаются и создают добавочный фильтрующий слой. При продолжении фильтрования этот слой увеличивается и представляет собой главную часть фильтрующей среды, а назначение ткани сводится только к поддержанию фильтрующего слоя. Таким образом, при фильтровании происходят два процесса: протекание жидкости через пористую массу и образование пористой массы или слоя осадка (кэка).

Метод механического обезвоживания осадка на вакуум-фильтрах непрерывного действия находит все более широкое применение для очистки как городских, так и промышленных сточных вод. Следует отметить, что I м фильтрующей поверхности в 2000 раз эффективнее Гм2 иловых площадок. Это означает, что вакуум-фильтр поверхностью 40 м² может заменить 8 га иловых площадок. Таким образом, внедрение вакуум-фильтрации для обезвоживания осадка сточных вод — весьма актуальная задача.

Определенный интерес представляет ленточный вакуум-фильтр, предназначенный для непрерывного фильтрования суспензии [98]. Он позволяет получить продукт высокого качества в результате снижения содержания твердой фазы в осветленной жидкости, увеличить производительность фильтра и снизить энергозатраты на 10 — 15%.

Схема действия ячейкового барабанного вакуум-фильтра

Каких-либо обобщающих показателей производительности вакуум-фильтров при обезвоживании на них осадков производственных сточных вод нет. Оптимальную нагрузку на фильтры приходится принимать на основании предварительных экспериментальных данных и уточнять ее в процессе эксплуатации.

Таким образом, наличие в обработанном известью и обезвоженном на вакуум-фильтрах сыром осадке санитарно-показательных микроорганизмов не является препятствием к его применению в качестве, удобрения. Однако осадки, задерживаемые в отстойниках при очистке сточных вод, содержат большое количество яиц гельминтов (аскарид, власоглавов, остриц и др.). Яйца гельминтов находятся в осадке в неактивной форме, но при попадании в почву с благоприятными условиями они развиваются, проходят инвазионную стадию, после чего уже способны заражать людей. Проведенные в Институте медицинской паразитологии и тропической медицины под руководством канд. мед. наук Г. Ш. Гуджабидзе исследования показали, что при хранении обезвоженного на вакуум-фильтрах осадка часть яиц гельминтов деформируется, однако остающиеся яйца способны развиваться и проходить инвазионную стадию.

Лучшим из механических способов является обезвоживание осадка на вакуум-фильтрах, при котором влажность понижается до 70—80%. Если необходимо получение меньшей влажности, то следует применять предварительное обезвоживание осадка на вакуум-фильтрах с последующей сушкой термическим путем.

Основным критерием, характеризующим обезвоживание активного ила при вакуум-фильтрации, является его удельное сопротивление. Для обеспечения устойчивой работы вакуум-фильтра удельное сопротивление активного ила не должно превышать 10−1010—50−1010 см/г [125]. Удельное сопротивление сырого активного ила сооружений биологической очистки сточных вод НПЗ изменяется в широких пределах: от 30−1010 до 380−1010 см/г, а сброженного ила колеблется в пределах 1210−1010—1430−1010 см/г, поэтому сброженный ил без добавления коагулянтов практически не обезвоживается.

Из рис. 23 видно, что при 5 = 0,585 с увеличением давления производительность вакуум-фильтра по фильтрату увеличивается.

Опыты, проведенные на станции аэрации г. Чикаго (США), показали, что производительность вакуум-фильтров увеличивается и срок службы ткани удлиняется при промывке ее через каждые 48 ч работы фильтра водой с добавлением тританол-алкиларилсульфоната (60%-ный детергент разводится в воде из расчета 1,7 кг на 1 м³ воды) и каустической соды. Промывка производится при вращении барабана фильтра в течение 4 ч Пери-одически фильтровальная ткань (дакрон) регенерируется 18%-ным раствором ингибированной соляной кислоты, разбрызгиваемым по ее поверхности при вращении барабана. При сильном заиливании фильтровальная ткань регенерируется 5%-ным раствором ингибированной соляной кислоты, для чего последний заливается в корыто фильтра, где вращается барабан в течение 15—18 ч. После регенерации ткань в течение 1 ч промывается водой. Показателем замены фильтровальной ткани является полное закупоривание ее поверхности более чем на 25%.

Механическое обезвоживание осадков после тепловой обработки осуществляется преимущественно на фильтр-прессах; реже применяются барабанные вакуум-фильтры и еще реже — центрифуги. Предпочтительнее применять фильтр-прессы. Они обеспечивают получение осадков с наиболее низкой влажностью — до 45—50%, что особенно важно при последующем сжигании осадков. Для обезвоживания на вакуум-фильтрах и в центрифугах температура обработки осадка в реакторе должна быть на 10—15 °С выше, чем при обезвоживании на фильтр-прессах. Влажность обезвоженных осадков можно принимать: для вакуум-фильтров — 68— 72%, для фильтр-прессов — 45— 50%, для центрифуг — 73—78%. Производительность обезвоживающих аппаратов устанавливается опытным путем. Для ориентировочных расчетов можно принять производительность: барабанных вакуум-фильтров — 10— 12 кг/(м2-ч), фильтр-прессов типа КМП (ФПАКМ) — 12−15 кг/(м2 ч).

В отличие от фильтрационных процессов, которые работают периодически и при большой разнице давлений, вакуум-фильтры работают непрерывно при разнице давлений ниже 0,8 ат.

По данным американских специалистов, ПАУ, выгружаемый из отстойников, после обезвоживания на центрифугах или вакуум-фильтрах может быть регенерирован термическим способом, в частности в печах с псевдоожиженным слоем многоподовых печах.

Проектно-конструкторским бюро Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова на основании испытания описанного вакуум-фильтра разработаны рабочие чертежи регенерационного узла—-приставки к барабанному вакуум-фильтру БОУ5−1,75 поверхностью фильтрации 5 м². Приставка состоит из трех роликов и желоба для промывной воды, по конструкции аналогичных описанному выше вакуум-фильтру. Для предотвращения провисания ткани при ее движении от поверхности барабана фильтра до отдувочно-разгрузочного ролика предусмотрена установка под тканью поддерживающего рольганга.

Механическое обезвоживание осадка с дегельминтизацией (вариант IV). Механическое обезвоживание сырых осадков на барабанных вакуум-фильтрах целесообразно применять на станциях пропускной способностью свыше 30—50 тыс. м3/сут, а также при поступлении на станцию больших объемов производственных сточных вод [8]. При этом необходимо предусматривать дегельминтизацию обезвоженных сырых осадков и активного ила бытовыхсточных вод [19].

Для приготовления проб ила был отобран избыточный активный ил с очистных сооружений УОЛНПЗ. Ил подвергался обезвоживанию на вакуум-фильтре (максимальная степень обезвоживания — 88).

Из возможных методов обезвоживания осадков сточных вод рациональным в настоящее время является обезвоживание на барабанных вакуум-фильтрах. При влажности шлама, подаваемого на обезвоживание, 70—60% производительность вакуум-фильтра по сухому веществу составляет Ю0—200 кг/(м2-ч).

Если осадок, выделенный из нейтрализованной сточной воды в отстойниках, в дальнейшем подлежит механическому обезвоживанию на вакуум-фильтрах, фильтр — прессах или центрифугах, то его из отстойников перекачивают в осадкоуплотнители, рассчитываемые на продолжительность пребывания в них осадков не менее 6ч. Обезвоживание осадка на вакуум-фильтрах предусматривается при количестве сухого вещества в нем не менее 25кг/м3. В качестве фильтрующей ткани применяют капрон и бельтинг.

На станции очистки сточных вод в г. Нью-Рошелл (штат Нью-Йорк) осадок, сброженный в двухступеиных метантенках, обезвоживается на вакуум-фильтрах поверхностью фильтрации 18,6 м², промывка осадка не производится. Влажность обезвоживаемого осадка 88—92, щелочность 42 мэкв! л, pH = 6,9. При дозах коагулянтов хлорного железа 3% и извести 7,4% веса сухого вещества осадка производительность вакуум-фильтров составляет 30—40 кг/м2 * ч по сухому веществу, а влажность кэка 70—77,5%.

Проведенные нами опыты показали, что оптимальной концентрацией активного ила, позволяющей получить максимальную производительность вакуум-фильтров при минимальных расходах коагулянтов, является концентрация 22—26 г/л для активного ила из вертикальных уплотнителей и 30—36 г/л для активного ила из радиальных илоуплотнителей .

Бюрлингеймом на основании анализа работы трех очистных станций США, обслуживающих города с населением около 50 тыс. человек, сделан вывод, что обезвоживание на вакуум-фильтрах сырых осадков обходится дешевле, чем сбраживание их в метантенках и подсушка на иловых площадках.

Содержащий 50% влаги радиоактивный шлам с удельной активностью до 1 кюри]л получается в результате химической обработки жидких отходов и отделения осадка на барабанном вакуум-фильтре с намывным слоем из диатомит. Дозировка и подача шлама в битуматор производится с помощью шестеренчатого насоса и мембранного дозатора. Для оптимизации процесса битумирования в аппарат подается раствор поверх-ностно-активных веществ одновременно с расплавленным битумом также с помощью дозирующих устройств. Битуматор длиной 6 м снабжен двумя шнеками, вращающимися со скоростью 180 об/мин. Винты шнеков имеют переменный шаг, что позволяет создать в битуматоре три зоны.

Под оптимальной дозой понимается такой минимальный расход химических реагентов, который снижает удельное сопротивление осадка до величин, указанных в табл. 19, обеспечивая тем самым устойчивую работу вакуум-фильтров. При этом доза коагулянтов будет тем ниже, а производительность вакуум-фильтров тем выше, чем меньше была величина удельного сопротивления исходного осадка.

Исследованиями, проведенными в НИИ КВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова установлено, что для кондиционирования активного ила наиболее эффективным является катионный флокулянт типа ВА. Однако при обезвоживании осадка на вакуум-фильтре он обеспечивает снижение влажности до 85%. Для сравнения заметим, что при кондиционировании осадка хлорным железом и известью осадок, обезвоженный на вакуум-фильтре, имеет влажность 72—80%.

Осадки бытовых сточных вод, подлежащие механическому обезвоживанию, необходимо подвергать предварительной обработке. Метод механического обезвоживания осадка бытовых и производственных сточных (на вакуум-фильтрах, центрифугах и фильтр-прессах) необходимо выбирать с учетом физико-химических свойств осадка и местных условий. Перед обезвоживанием на вакуум-фильтрах сброженного осадка следует предусматривать промывку его очищенной сточной водой. Количество промывной воды для сброженного осадка из первичных отстойников 1,0−1,5 м3/м3,для сброженной в мезофильных условиях смеси осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила 2−3 м3/м3, то же в термофильных условиях-3−4 м3/м3. Продолжительность промывки осадка 15−20 мин. При коагулировании осадков бытовых сточных вод в качестве реагентов применяют хлорное железо или сернокислое окисное железо и 10 -ный раствор извести. Известь добавляют в осадок после введения хлорного или сернокислого окисного железа. Количество реагентов в расчете на FeCi или Fe2(so4)3 и Сао принимают в процентах от массы сухого вещества осадка: для сброженного осадка первичных отстойников Peci — 3−4, CaO — 8−10, для сброженной смеси осадков первичных отстойников и избыточного активного ила FeCl — 4−6, CaO — 10−15, для сырого осадка первичных ОТСТОЙНИКОВ РеС13 — 2−3,5, СаО — 6−9, для смеси сырых осадков первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила: FeCi — 3−5, CaO — 9−13, для уплотненного избыточного ила из аэротенков на полную очистку Feci3 — 6−9, CaO — 17−25.Во всех случаях дозу Pe2(so4>3 увеличивают на 30−40% по сравнению с дозами хлорного железа.

Не менее эффективным способом понижения удельного сопротивления осадков любого происхождения является их замораживание. Влажность такого осадка (после оттаивания и последующего отстаивания) значительно уменьшается. Производительность вакуум-фильтров при его обезвоживании увеличивается в 2—5 раз. Особенно эффективно вымораживание применительно к тонкодиспергированным осадкам, трудно отдающим влагу.

Установлено [8], что избыточный активный ил уплотняется в илоуплотнителях до влажности 97,9−97,6% в течение суток, при дальнейшем хранении его влажность практически не снижается. Избыточный активный ил можно обезвоживать на серийно выпускаемых вакуум-фильтрах с обязательной обработкой коагулянтами. Использование вакуум-фильтрации для обезвоживания активного ила позволяет в 5−6 раз уменьшить его объем, но не решает проблему ликвидации образующегося осадка. Поэтому относительно простым и удобным путем ликвидации нефтешламов и активных илов является совместное их сжигание. Учитывая возможность использования продуктов сгорания, данное решение вопроса является рациональным для многих случаев.

Влажность осадка после отстойников 98−99,5%. Для снижения влажности осадка рекомендуется дополнительное отстаивание в шламоуплотнлтепе в течение 3−5 суток. Осадок из шламоуплотнителя подается на узел обезвоживания (вакуум-фильтрация, фильтр-прессование, центрифугирование). Влажность осадка после вакуум-фильтра типа БОУ и БсхОУ составляет 80−85%, после центрифуги типа ОГШ — 72−79%, после фильтр-пресса типа ФПАКМ — 65−70%.