Сравнение мультидисковых дегидраторов и шнековых прессов

В статье представлен сравнительный анализ мультидисковых дегидраторов и шнековых прессов. На основании данных из открытых источников и информации, полученной от муниципальных и промышленных предприятий, эксплуатирующих оборудование для обезвоживания осадка различных производителей, был проведен сравнительный анализ параметров работы и особенностей конструкции данных двух типов оборудования. Статья адресована специалистам, принимающим решение о выборе обезвоживающего оборудования.

Сегодня в сфере очистки сточных вод одним из наиболее актуальных вопросов является обработка осадков, образующихся на различных этапах этого процесса. К сожалению, складирование осадков на иловых картах на сегодняшний день остаётся одним из наиболее распространенных способов обработки осадка [1,2]. Однако ограниченное количество доступных для этого территорий и ухудшение экологической обстановки в регионах обуславливает необходимость перехода от этого устаревшего метода к современным технологиям обезвоживания.

К одному из важнейших критериев при выборе метода обезвоживания относится максимальное снижение объёма осадка, поскольку это влечет за собой также и снижение последующих расходов на его обработку, транспортировку и утилизацию. При этом немаловажным также является применение более эффективного оборудования и методов рекуперации энергии, что позволяет дополнительно снизить эксплуатационные расходы [3,4].

Наш многолетний опыт работы в отрасли показывает, что нет одного универсального типа оборудования для обезвоживания, которое могло бы стать панацеей для эксплуатирующих организаций и успешно работать на любом осадке и при любой нагрузке. Более того, каждый вид оборудования имеет как свои неоспоримые плюсы, так и свои неоспоримые минусы, которые необходимо учитывать при разработке технологической схемы конкретного предприятия. Зачастую, когда проводится предварительный анализ существующих на рынке предложений, во внимание принимаются только преимущества оборудования, которые гордо выпячивают производители, а особенности эксплуатации остаются за кадром и всплывают на поверхность уже после того, как оборудование смонтировано, запущено и введено в эксплуатацию.

Компанией ЭКОТОН было реализовано более 200 проектов по обезвоживанию осадка во всем мире. Выбор оборудования для многих из них был основан на глубокой проработке с проведением пилотных испытаний различных типов оборудования, ведь индивидуальный подход к каждому объекту обеспечивает принятие наиболее эффективного решения для поставленных задач по обработке и утилизации осадка [5]. Это позволило нам накопить огромное количество информации, связанной с особенностями эксплуатации каждого вида оборудования. В цикле статей, посвященном особенностям выбора оборудования для обезвоживания, мы предприняли попытку привести как можно большее количество объективных фактов, которые позволят специалистам отрасли осознанно подойти к оценке существующих на рынке альтернатив.

В предыдущей статье мы подробно рассмотрели такие виды оборудования, как ленточные фильтр-прессы, центрифуги и мультидисковые шнековые дегидраторы. Поскольку первые два типа оборудования традиционно считаются наиболее подходящим решением для больших очистных сооружений (более 100 000 м3/сутки), то мы сознательно выносим их за скобки новой статьи, и хотим остановиться на сравнении представленных на рынке разновидностей обезвоживателей меньшей производительности, а именно шнековых прессов и мультидисковых дегидраторов, которые зачастую также называют шнековыми, однако в данной статье во избежание путаницы мы будем придерживаться именно такой терминологии.

Сравнение технологий обезвоживания осадка на мультидисковом дегидраторе и шнековом прессе

В обоих из этих устройств отделение вод от осадка происходит на обезвоживающих барабанах, однако, их конструкция и принцип работы существенно различаются.

Мультидисковый дегидратор. Обезвоживающий барабан мультидискового дегидратора состоит из собранного в общей раме набора колец (дисков), изготовленных из нержавеющей стали (рис. 1 и рис. 2).

Рис. 1. Конструкция обезвоживающего барабана мультидискового дегидратора

Неподвижно закрепленные диски в барабане чередуются с подвижными дисками через дистанционные вставки, которые обеспечивают расстояние между дисками от 0,5 до 0,12 мм и являются фильтровальными порами для отвода свободной влаги из осадка. Внутри барабана расположен шнек с уменьшающимся расстоянием между витками от зоны поступления сфлокулированного осадка (зона сгущения) к выходу из барабана (зона обезвоживания). При медленном вращении шнека (1-5 оборотов в минуту) осадок, под воздействием витков, продвигается к зоне выгрузки, постепенно теряя свободную влагу через фильтровальные поры и уплотняясь за счёт уменьшения объёма камер между витками. При вращении шнека его витки воздействуют на внутреннюю поверхность подвижных дисков, за счёт чего они находятся в постоянном движении относительно неподвижных дисков. Такое плоскопараллельное движение дисков приводит к постоянной очистке фильтровальных пор даже при работе с осадками, содержащими жиры и масла (в т.ч. флотошламы). Таким образом вода для очистки фильтровальных пор при работе дегидратора не требуется. На выходе из барабана расположена пластина, которая создаёт дополнительное противодавление осадку и способствует его отжиму. Расстояние между выходом из барабана и пластиной регулируется и, соответственно, давление на осадок можно изменять в зависимости от требующихся технологических показателей.

Рис. 2. Обезвоживающие барабаны мультидискового дегидратора

Шнековый пресс. Обезвоживающий барабан шнекового пресса состоит из цилиндрического перфорированного полотна или щелевого полотна из нержавеющей стали. Отверстия или щели являются фильтровальными порами для отвода свободной влаги из осадка. Внутри барабана расположен шнек, по сути, аналогичный шнеку мультидискового дегидратора. При медленном вращении шнека (0,1-2 оборотов в минуту, т.е еще медленнее, чем у мультидисковых конструкций) осадок так же, под воздействием витков шнека, продвигается к зоне выгрузки, постепенно теряя свободную влагу через фильтровальные поры. Для очистки фильтровальных пор используется подвижная полукольцевая рама с форсунками, к которой подведена вода под давлением 3-5 бар. Рама при движении вдоль барабана промывает фильтровальные поры его полотна и внутреннюю поверхность защитного кожуха. На выходе из барабана расположен конус с пневматической системой прижатия, который создаёт противодавление осадку на выходе из барабана и способствует его отжиму. Сила противодавления регулируется и, соответственно, давление на осадок можно изменять в зависимости от требующихся технологических показателей.

Рис. 3. Конструкция обезвоживающего барабана шнекового пресса с фиксированным полотном

Основным отличием барабанов является структура фильтрующего полотна. У мультидискового дегидратора полотно барабана подвижное и обладает эффектом самоочистки фильтровальных пор, у шнекового пресса – неподвижное, требующее постоянной промывки. Это предопределяет ряд технологических и эксплуатационных преимуществ мультидисковых дегидраторов, а именно:

• значительно меньший расход флокулянта (в 2-3 раза),
• значительно меньший расход воды для промывки (в 7-10 раз),
• возможность эффективно обезвоживать жиро-маслосодержащие осадки.

С чем же связана такая разница в потреблении промывной воды и реагентов? У барабанов с фиксированным полотном поры быстро забиваются осадками, и эффективность обезвоживания падает. К тому же для очистки пор используется относительно сложная система промывки, которая оснащается подвижным механизмом, работающим в условиях испарений от осадков. Данный механизм требует сервисного обслуживания персонала эксплуатирующего предприятия. В мультидисковом дегидраторе вода подаётся периодически и с относительно низким давлением (достаточно обычного давления водопроводной сети). Она необходима для смыва недостаточно сфлокулированных частичек сухого вещества, иногда просачивающихся через поры и создающих плёнку только на внешней поверхности барабана. Для барабанов же с фиксированным полотном вода необходима практически постоянно для очистки и самих пор и внешней поверхности барабана. Причём вода для шнековых прессов необходима под большим давлением, что приводит к необходимости дополнительной системы повышения давления и, соответственно, увеличения капитальных и эксплуатационных затрат комплекса обезвоживания на базе такого агрегата.

Рис. 4. Обезвоживающие барабаны шнекового пресса с фиксированным полотном

Больший диаметр отверстий в фильтрующем барабане шнекового пресса требует более качественной флокуляции, а соответственно, и более высоких доз реагентов. В мультидисковых дегидраторах фильтрование происходит через прозоры между дисками, ширина которых в несколько раз меньше диаметра отверстий фильтрующего полотна. Это позволяет расширить круг применяемых флокулянтов и производить более тонкую регулировку их доз. На коммунальных объектах без потерь эффективности обезвоживания удается добиться снижения доз флокулянта в среднем в 2 раза, что например, при расходе осадка в 10 т СВ/ч, приводит к снижению потребления флокулянта до 400 тонн ежегодно.

Таблица 1. Сравнение основных конструктивных особенностей агрегатов

Критерии выбора оборудования для обезвоживания осадка

Выше, нами были рассмотрены основные конструктивные особенности двух типов оборудования. Однако, какие же из них являются решающими? На что обязательно нужно обратить внимание, а чем можно пренебречь? Как они отражаются на работе комплекса обезвоживания в целом? Нами выделены следующие критерии, которые обязательно должны рассматриваться эксплуатирующими предприятиями при выборе оборудования:

• Капитальные затраты. Мультидисковые дегидраторы несколько дороже. Однако, они требуют существенно меньше места для установки. Таким образом разница в цене оборудования нивелируется за счет снижения затрат на строительство уже на этапе инвестиции.
• Эксплуатационные затраты. Специфика обезвоживания осадка на барабане с перфорированным полотном требует в 2-3 раза больше реагентов, чем при фильтровании осадка через диски. Что касается других затрат, может показаться, что обе единицы потребляют довольно мало электроэнергии и промывной воды. Однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что шнековые прессы требуют более длительного и трудоемкого процесса плановой мойки барабана, тем самым повышая количество рабочих часов оператора и останавливая полностью работу цеха обезвоживания. Мультидисковые дегидраторы не требуют такой глубокой очистки, при этом возможность установки нескольких барабанов в одной единице оборудования позволяет минимизировать влияние остановки одного из них на работу цеха обезвоживания в целом.
• Эффективность обезвоживания. Для муниципальных осадков, эффективность обезвоживания в обоих типах оборудования примерно одинаковая. При необходимости работы с жиросодержащими осадками, дегидратор выигрывает по этому параметру за счет эффекта самоочистки.
• Чистота фильтрата. Фильтрование сфлокулированного осадка на барабане с перфорированным полотном шнековых прессов не может обеспечить такую же высокую чистоту фильтрата, как при фильтровании осадка через диски. В дегидраторе, в зависимости от технологической схемы очистных сооружений, фильтрат обычно содержит 50-400 мг/л, а в шнековом прессе — 400-1000 мг/л. Зачастую, это приводит к необходимости отдельно решать проблему очистки фильтрата, когда не существует возможности увеличивать нагрузку на сооружения по взвешенным веществам, возвращая фильтрат в основной процесс очистки
• Надежность. Одним из самых больших недостатков шнековых прессов остается недолговечность фильтрующего полотна, которые требует периодической замены. Сложность системы промывки и использование подшипникового механизма для крепления шнека также снижают надежность оборудования в целом.
• Удобство эксплуатации. Конструкции обоих обезвоживателей позволяют оборудованию работать с минимальным шумом и вибрациями, а также препятствуют распространению запахов. Шнековый пресс обладает полностью закрытой конструкцией, однако мультидисковые дегидраторы более удобны в обслуживании и компактны, благодаря наличию встроенной системы кондиционирования (флокулирования) осадка, а также не требуют дополнительных единиц оборудования и емкостей.
• Компактность. При том что мультидисковый дегидратор и шнековый пресс обладают примерно одинаковой эффективностью обезвоживания, последние предлагаются в более широком диапазоне производительностей, но при этом значительно теряют в компактности. А это зачастую может оказаться критическим параметром при выборе обезвоживающего оборудования.

Основные технические параметры мультидисковых и шнековых дегидраторов представлены в таблице 2 [6-7].

Таблица 2. Сравнение технологических и технических параметров мультидисковых дегидраторов и шнековых прессов

Как видно из представленных в таблице данных, оба вида оборудования характеризуются сопоставимой степенью обезвоживания осадка, низким энергопотреблением, низким уровнем распространения запахов, шума и вибрации. Более того, шнековый пресс зачастую выглядит достаточно привлекательным вариантом с точки зрения капитальных затрат – его стоимость ниже, чем стоимость мультидискового дегидратора аналогичной производительности. Однако большой ошибкой было бы не учитывать при выборе оборудования эксплуатационные расходы, которые у мультидисковых дегидраторов значительно ниже, а именно:

• количество потребляемых реагентов,
• количество промывной воды,
• время, необходимое персоналу для обслуживания оборудования.

В таблицах 3-4 более наглядно представлены преимущества и недостатки двух типов обезвоживателей.

Таблица 3. Преимущества и недостатки мультидискового дегидратора и шнекового пресса

Таблица 4. Сравнение мультидисковых дегидраторов и шнековых прессов

(***** — высокая, *** — средняя, * — низкая)

Выводы

Выбор технологического оборудования является достаточно сложной задачей, так как требует уточнения не только инвестиционных и эксплуатационных расходов, но и гарантированного достижения требуемых технологических результатов. На сегодняшний день одним из наиболее сбалансированных решений в области обезвоживания осадка является современное поколение мультидисковых дегидраторов. Высокая надежность, низкие эксплуатационные расходы и простота обслуживания как правило являются основными критериями выбора оборудования для эксплуатирующих предприятий. В тоже время, для проектировщиков одним из основополагающих факторов являются гарантированное обеспечение заданных технических параметров, компактность и модульность оборудования, а мультидисковые дегидраторы способны удовлетворить все перечисленные требования

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1- Трунов П.В., Лунин С. В., Шевченко А.А. Современные энергосберегающие технологии обработки осадков. // Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение 2010 № 11

2- Sewage sludge management in Europe: a critical analysis of data quality / A.Bianchin, M. Pellegrini, L. Bonfiglioli, C. Saccani. // international Journal of Environment and Waste Management. – №18. – С. 226.

3 — Трунов П.В., Лунин С.В., Шевченко А.А. Современные энергосберегающие технологи обработки осадков. Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение: производственно-технический и научно-практический журнал. – 2010 / 11 (35). – ООО «Издательский дом «Орион», 2010. – С. 38-41

4 — Шевченко А.А., Кривень А.П., Мельник Д.В. Сравнительная характеристика оборудования для обезвоживания осадков на муниципальных и промышленных канализационных очистных сооружениях // Научный вестник строительства: научно-технический сборник – Вып. 70. Харков, 2012. – С. 261-268.

5 — Шевченко А. А., Мельник Д. В., Колесников М. Г., Песин С. Д., Гоков Ю. Н. Утилизация осадков сточных вод. Выбор оптимальной технологии в зависимости от местных условий // Научный вестник строительства: научно-технический сборник – Вып. 67. Харков, 2012. – С. 282-285.

6 — Шнековый пресс для обезвоживания осадка [Электронный ресурс] – Режим доступа к ресурсу: http://www.huber-technology.ru/fileadmin/huber-ru/….

7 — Шнековый пресс [Электронный ресурс] – Режим доступа к ресурсу: http://andritz-se.ru/wp-content/uploads/2015/06/Pr….