Одним из важнейших этапов очистки сточных вод является механическое обезвоживание осадка первичных отстойников (или промышленных шламов, получаемых методом флотации или осаждения) и/или избыточного активного ила.
Осадки сточных вод, образующиеся в процессе их механической, биологической и физико-химической очистки, относятся к трудно фильтруемым суспензиям коллоидного типа, иногда содержащим специфические включения в виде жиров, масел, нефтепродуктов и т.д. Для их обезвоживания в настоящее время на очистных сооружениях канализации (ОСК) в основном используются ленточные фильтр-прессы, центрифуги и мультидисковые шнековые дегидраторы.
Промышленная группа ЭКОТОН уже более 14 лет поставляет ленточные фильтр-прессы и сгустители на объекты средней и большой производительности. За это время был накоплен бесценный опыт запуска и эксплуатации обезвоживающего оборудования (поставлено более 130-ти комплексов). Тесное сотрудничество с эксплуатирующими предприятиями помогло усовершенствовать конструкции этих аппаратов и обеспечить комфортные условия их эксплуатации.
В последние годы среди муниципальных и промышленных предприятий растет спрос на экономичное и энергоэффективное обезвоживающее оборудование для малых и средних ОСК. Это определило интерес нашей компании к производству мультидисковых шнековых дегидраторов. С 2011 года на заводах ЭКОТОН налажено производство шнековых дегидраторов MDQ по лицензии японской компании TSURUMI PUMP. За это время было поставлено более 60 комплексов механического обезвоживания осадка на базе дегидраторов с одним или несколькими обезвоживающими барабанами. Среди предприятий, успешно эксплуатирующих дегидраторы MDQ, – муниципальные объекты и промышленные предприятия в России, Украине, Венгрии, Польше, Германии, Латвии, Италии, Израиле, США и Канаде.
Обезвоживающий барабан мультидискового дегидратора состоит из собранного в общей раме набора колец (дисков). Неподвижно закрепленные диски в барабане чередуются с подвижными дисками через дистанционные вставки, которые обеспечивают расстояние между дисками от 0,5 до 0,15 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 (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.
В данной статье представлен всесторонний анализ затрат на эксплуатацию вышеперечисленного обезвоживающего оборудования, выполненный на основе информации, полученной нами от клиентов компании, которые приобрели и эксплуатируют наше оборудование, и с которыми мы поддерживаем тесный контакт, а также от потенциальных заказчиков, эксплуатирующими на своих ОСК оборудование различных производителей. Благодаря этому мы хорошо знакомы с общими проблемами, связанными с техническим обслуживанием оборудования в сфере ВКХ, а именно:
- клиент редко обращает внимание на стоимость и доступность запчастей для технического обслуживания и ремонта. Через несколько лет это может приводить к расходам на сервис (включая запасные части и принадлежности), сопоставимым с расходами на покупку новой единицы оборудования, которые могут оказаться неприемлемыми для эксплуатирующей организации;
- при выборе оборудования для обезвоживания далеко не всегда учитываются затраты на реагенты, разница в которых может быть очень существенной;
- не редки случаи, когда эксплуатирующий персонал в процессе выбора оборудования участия не принимает, либо же его опыт и мнение не учитываются при принятии решения;
- попытки обслуживать технологическое оборудование силами местных технических служб не всегда, но крайне часто заканчиваются плачевно из-за отсутствия достаточной квалификации персонала заказчика и необходимого технического оснащения.
Надеемся, что данная статья будет полезна для специалистов, принимающих решение о приобретении обезвоживающего оборудования, и поможет взвесить все риски и оценить скрытые затраты, связанные с эксплуатацией.
Мультидисковый шнековый дегидратор MDQ-352C на ОС Водоканала, Горно-Алтайск, Россия
Каждый тип оборудования для обезвоживания имеет свои достоинства и недостатки, которые обеспечивают наибольшую применимость в конкретных условиях, прежде всего в зависимости от типа и объема обезвоживаемого осадка. Так, например, применение центрифуг оправдано, в первую очередь, для масло- и жиросодержащих осадков, а также осадков с высоким содержанием избыточного активного ила. В то же время не рекомендуется их применение при работе с осадками, содержащими абразивные включения, которые из-за недостаточно качественной механической очистки встречаются на отечественных ОСК очень часто. Достоинствами применения ленточных фильтр-прессов являются высокая производительность, особенно ощутимая при работе с осадками первичных отстойников, низкая энергоемкость и достаточно низкие затраты на обслуживание и ремонт. Шнековые мультидисковые дегидраторы наиболее универсальны по типам осадка и демонстрируют отличные результаты (содержание сухого вещества (далее – СВ) в кеке 18-25%), при работе с различными осадками, в том числе с масло- и жиросодержащими осадками, осадками с низким либо высоким содержанием СВ исходного осадка, с осадками, содержащими абразивные включения что обуславливает повсеместную применимость данного оборудования.
Все три типа рассматриваемого оборудования у производителей представлены достаточно широким типоразмерным рядом (табл. 1). Это позволяет подобрать оборудование в зависимости от требуемой производительности.
Таблица 1 - Сравнение производительности различных типов оборудования (для муниципальных шламов)
| Центрифуга | Ленточный фильтр-пресс (ЛФП) | Мультидисковый шнековый дегидратор (MDQ) | |
|---|---|---|---|
| Производительность, м3/ч | 3–150 | 5–50 | 1,5–50 |
| Производительность по СВ, кг/ч | 100–4000 | 200–1100 | 3–420 |
| Концентрация взвешенных веществ в фильтрате, мг/л | 100–800 | 200–700 | 200–700 |
Сравнение технологических эксплуатационных затрат различных видов оборудования для обезвоживания осадка
Затраты на электроэнергию
Центрифуги позволяют добиться довольно высокого содержания сухого вещества и чистого фильтрата. Однако такие результаты возможны только при высокой скорости вращения барабана, что формирует высокие затраты электроэнергии и увеличение дозы флокулянта. Высокие эксплуатационные расходы – обратная сторона технологических преимуществ центрифуг.
Ленточные фильтр-прессы и дегидраторы – гораздо более энергоэффективное оборудование. Достаточно низкая скорость вращения шнеков дегидраторов сопоставима с низкой скоростью вращения валов фильтр-прессов. В результате затраты энергии в процессах с применением данных типов оборудования значительно ниже, чем при центрифугировании. В табл. 2 приведено сравнение затрат на электроэнергию, для рассматриваемых типов оборудования, включая энергозатраты основного агрегата и вспомогательного оборудования (насосы осадка, флокулянта и промывной воды, установки приготовления реагента).
Таблица 2 - Сравнение затрат на электроэнергию, кВтч на 1 кг СВ осадка
| Центрифуга | Ленточный фильтр-пресс (ЛФП) | Мультидисковый шнековый дегидратор (MDQ) | |
|---|---|---|---|
| Затраты на электроэнергию, кВт*ч на 1 кг СВ осадка | ≈ 0,1 Высокие | ≈ 0,03 Низкие | ≈ 0,028 Низкие |
Потребление флокулянта
Благодаря встроенной ёмкости флокуляции с регулируемым плавным перемешиванием, которое можно контролировать, мультидисковые шнековые дегидраторы потребляют меньше этого дорогостоящего реагента, чем центрифуги, в которых перемешивание происходит уже в закрытом барабане при высоких скоростях, из-за которых зачастую происходит разбивание крупных флокул на более мелкие.
Таблица 3 - Потребление флокулянта
| Центрифуга | Ленточный фильтр-пресс (ЛФП) | Мультидисковый шнековый дегидратор (MDQ) | |
|---|---|---|---|
| Потребление флокулянта, кг/тонну СВ осадка | 4–10 | 3-6 | 2-5 |
Потребность в промывной воде
Всё рассматриваемое оборудование для обезвоживания в конце каждой рабочей смены должно проходить через процедуру обязательной чистки рабочих частей, соприкасающихся с осадком и фильтратом. Барабаны центрифуг в конце смены заполняют водой для внутренней очистки. Во время работы мультидискового шнекового дегидратора вода с давлением и расходом, как в обычном водопроводном кране, включается автоматически на короткое время не более, чем на 3 клапана промывки. Вода в дегидраторе не используется для очистки фильтровальных прозоров (так как те и без того обладают свойством самоочищения), а нужна только для очистки внешней поверхности барабана от несфлокулированных частиц осадка.
Кроме мытья после смены, ленточные фильтр-прессы во время процесса работы постоянно нуждаются в воде под давлением для очистки фильтровальных пор своих лент, поэтому по потреблению воды значительно опережают и центрифуги, и дегидраторы.
Сравнение потребности в промывной воде приведено в табл. 4.
Таблица 4 – Сравнение потребности в промывной воде
| Центрифуга | Ленточный фильтр-пресс (ЛФП) | Мультидисковый шнековый дегидратор (MDQ) | |
|---|---|---|---|
| Потребность в промывной воде | Используется в конце цикла работы для очистки внутренних поверхностей агрегата; 2–5 м3 воды за смену | Используется для очистки фильтровальных пор лент; потребность от 20 до 40 % от объёма исходного осадка. | Используется для промывки внешней поверхности барабана приблизительно 1 раз в 10 мин; потребность в промывной воде составляет 1–2 % от объема осадка; 0,05–1 м3 воды за смену |
Обезвоживание осадков с высоким содержанием абразивных включений
Нередки случаи, когда в исходном обезвоживаемом осадке содержится много абразивных включений (особенно это касается осадков первичных отстойников). Шнеки и барабаны центрифуг очень чувствительны к таким осадкам; зачастую проблемы возникают уже через 2000–3000 ч после начала эксплуатации, а через 3000–7000 ч необходимо производить ремонт и замену шнека, что может достигать 20–40 % стоимости новой центрифуги. Ситовые ленты фильтр-прессов также могут быть подвержены повреждениям острыми краями абразивных включений, что значительно сокращает их срок службы и увеличивает содержание взвешенных веществ в фильтрате. Мультидисковые шнековые дегидраторы с их сверхнизкими скоростями вращения менее подвержены влиянию абразивных включений в осадке, поэтому могут эффективно эксплуатироваться без риска необходимости ремонта и замены частей барабана 5–7 лет эксплуатации после запуска.
Шум, вибрация, распространение запахов
Для обслуживающего персонала, а также с позиций минимизации воздействий на окружающую среду, немаловажны характеристики оборудования по шуму и вибрациям, а также выделению загрязняющих и дурнопахнущих веществ в воздух. Мультидисковые шнековые дегидраторы объединяют все положительные черты, присущие другим типам оборудования – их барабаны закрыты кожухами, что, как и при использовании центрифуг, препятствует распространению запахов в цехе. Также, как и ленточные фильтр-прессы, шнековые дегидраторы при работе не шумят и не вибрируют (у дегидраторов даже отсутствует дополнительный шум от промывных форсунок, как это есть в фильтр-прессе). Таким образом, обустройство помещения обезвоживания для установки дегидраторов не потребует затрат на специальную шумовую защиту и защиту от вибраций, а также усиленных систем вентиляции с последующим обслуживанием еще и этих дополнительных систем. Сравнение по данным параметрам приведено в табл. 5.
Таблица 5 – Сравнение по шуму, вибрации, выделению запахов
| Центрифуга | Ленточный фильтр-пресс (ЛФП) | Мультидисковый шнековый дегидратор (MDQ) | |
|---|---|---|---|
| Шум и вибрация | Высокие значения шума – более 70 дБ. Для предотвращения передачи вибрации необходимо устраивать специальные фундаменты. | Сам агрегат не шумит и не вибрирует, но достаточно сильный шум издают промывочные форсунки (50 дБ). | Вибрация практически отсутствует, а шум от форсунок бывает периодически (минуту-две в час) – в пределах допустимой нормы. |
| Распространения запахов и санитарное состояние в цехе | Закрытая компактная система исключает распространение газов и запаха. Нужна только общая вентиляция. | Необходима надёжная система вентиляции и очистка оборудования после каждой смены. | Закрытая компактная система, исключает распространение газов и запаха. Нужна только общая вентиляция. |
Автоматизация процесса
Оптимальным оборудованием с точки зрения автоматизации на наш взгляд являются мультидисковые шнековые дегидраторы. При постоянных свойствах осадка они не требуют внимания обслуживающего персонала в процессе работы. При этом начало и конец рабочей смены для данного оборудования не вызывает «пограничных» технологических периодов, что свойственно другому обезвоживающему оборудованию, и часто создает целый ряд как технологических, так и эксплуатационных неудобств.
Мультидисковые дегидраторы оснащаются шкафами управления на базе контроллеров, что позволяет осуществлять различные алгоритмы включения комплекса обезвоживания в автоматическом режиме – в зависимости от уровня во внешней ёмкости с исходным осадком, в определённое время суток, на заданные промежутки времени, удалённо с внешнего ПК и т.д. Такая автоматизация процессов позволяет минимизировать участие обслуживающего персонала в обслуживании комплексов на базе мультидисковых дегидраторов, а также включить MDQ в общую схему АСУ и диспетчеризации очистных сооружений. При такой интеграции шкафов управления дегидраторами возможно программирование включения оборудования комплекса обезвоживания по мере накопления определённого количества осадка на сооружениях (синхронизация с автоматическим отведением осадка в буферные ёмкости из первичных и вторичных отстойников), достижения оптимальной влажности для подачи на обезвоживание (использование гравитационных сгустителей) и других важных технологических показателей.
Расходы на техническое обслуживание и ремонт
К сервисному обслуживанию были отнесены как рутинные работы по техническому обслуживанию, которые производятся местным персоналом обслуживающей организации, так и более сложные сервисные работы, к которым необходимо привлекать более квалифицированный персонал со стороны или представителей заводов-производителей.
Все типы оборудования нуждаются в замене масел в приводных мотор-редукторах, но так как данная операция производится относительно не часто (один раз в 5–10 лет), то сравнение по данному показателю можно опустить в общем итоге.
В отличие от ленточного фильтр-пресса, который в своей конструкции содержит значительное количество валов с подшипниковыми узлами, которые необходимо смазывать порядка 3–5 раз в год, мультидисковые шнековые дегидраторы MDQ вообще не оснащены подшипниками качения и не нуждаются в рутинной смене смазки.
Большую сложность представляет ремонт шнека центрифуг. Произвести качественный ремонт (напыление или приваривание износостойкого покрытия, балансировка и т.п.) шнека центрифуги в условиях ремонтного цеха эксплуатирующего предприятия практически невозможно, поэтому ремонтные работы производятся на заводе изготовителя или на его ремонтной базе. Поскольку основная масса качественных центрифуг для обезвоживания осадков сточных вод производится за рубежом, ремонтные работы сопряжены с длительными сроками простоя оборудования. Стоимость ремонта шнека центрифуги достигает 25–40 % от стоимости самой центрифуги и довольно часто производится 1–3 раза за 5–9 лет эксплуатации оборудования.
Основным расходным материалом на фильтр-прессах являются ситовые ленты и манжеты подшипников, необходимость замены которых возникает один раз в 1,5–3 года. Ремонт валов (восстановление полиуретанового покрытия) может понадобиться раз в 6–10 лет. Важным преимуществом ленточных фильтр-прессов является оперативность ремонтных работ. Замена ситовых лент занимает 1–2 ч рабочего времени, замена манжет 2–3 рабочих дня, ремонт вала – не более 2 недель.
В тоже самое время опыт эксплуатации мультидисковых шнековых дегидраторов MDQ на объектах заказчиков показывает, что первые 4–6 лет эксплуатации данное оборудование не нуждается в каком-либо сервисном обслуживании основного рабочего агрегата – обезвоживающего барабана. По истечении данного срока может возникнуть необходимость замены комплекта подвижных колец, что составляет всего 10 % от стоимости оборудования, а после 6–10 лет работы необходима будет замена шнека, что может составить 15–20 % от первоначальной стоимости дегидратора. Сравнение по стоимости сервиса, основанное на анализе эксплуатационных затрат ряда предприятий, приведено в табл. 6.
Таблица 6 – Сервисные затраты и трудозатраты
| Центрифуга | Ленточный фильтр-пресс (ЛФП) | Мультидисковый шнековый дегидратор (MDQ) | |
|---|---|---|---|
| Сервисные затраты за 5 лет эксплуатации (в % от стоимости оборудования) | 25-40 | 20-25 | Не более 15 |
| Трудозатраты на техническое обслуживание | Высокие, зачастую необходимо привлечение квалифицированного персонала производителя оборудования | Высокие, иногда необходимо привлечение квалифицированных специалистов | Низкие, для большинства работ возможно использование персонала очистных сооружений |
Опыт эксплуатации различных типов оборудования для механического обезвоживания осадка на очистных сооружениях муниципальных и промышленных предприятий свидетельствует о том, что мультидисковые шнековые дегидраторы являются наиболее привлекательным решением в плане простоты технического обслуживания и общих эксплуатационных затрат. В их пользу говорят следующие факты:
- шнековые дегидраторы являются самыми экономичными агрегатами для обезвоживания осадков по потреблению основных ресурсов – дорогостоящих реагентов, электроэнергии, воды;
- мультидисковые шнековые дегидраторы являются самыми привлекательными агрегатами для операторов – в процессе работы дегидраторы не шумят, не вибрируют, от них не исходит испарений и запахов, их легко мыть и обслуживать в конце смены;
- шнековые дегидраторы практически освобождают сервисный персонал эксплуатирующей организации от рутинных мероприятий технического обслуживания в силу неприхотливости своей конструкции;
- основные обезвоживающие узлы (барабаны) мультидисковых шнековых дегидраторов очень надёжны и не требуют проведения дорогостоящих ремонтных и сервисных работ.
Одним из немногих параметров, которые могут ограничивать применение мультидисковых шнековых дегидраторов на больших муниципальных очистных сооружениях (более 100 000 м3/сутки), является их производительность. Так при производительности цеха механического обезвоживания свыше 10 тонн по сухому веществу в сутки необходимо будет устанавливать два работающих дегидратора, а более 20 тонн в сутки уже три и более (с учётом резервирования). Таким образом капитальные затраты с учётом стоимости оборудования будут выше, чем для цехов аналогичной производительности на базе более производительных центрифуг или ленточных фильтр-прессов. Тем не менее, как показывает анализ, проведённый в данной статье, мультидисковые шнековые дегидраторы являются наиболее выгодным решением для малых и средних очистных сооружений в виду более низких эксплуатационных затрат.