СЖИГАНИЕ ОСАДКОВ

Сжигание осадков - один из заключительных этапов обработки осадков сточных вод, обеспечивающий полное уничтожение органической части, значит, сокращение объема и обеззараживание осадков сточных вод. При этом используется теплотворная способность горючих компонентов осадков. Сжигание осадков применяют в тех случаях, когда не представляется возможным или экономически целесообразным использование осадков в качестве вторичных продуктов при утилизации или при невозможности обеспечения их безопасного складирования. Осадки городских сточных вод рекомендуется сжигать после их механического обезвоживания либо термические сутки. Иногда сжигают также шламы производственных сточных вод некоторых предприятий химической, нефтеперерабатывающей, угольной и других отраслей промышленности. Сжигание осадков является методом обезвреживания осадков с одновременным использованием их в качестве топлива и утилизацией выделившейся теплоты, а в ряде случаев и образовавшейся золы. Теплота используется для подогрева воздуха, необходимого для сжигания, а зола — как присадочный материал для интенсификации процесса обезвоживания осадков на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах. Горению обезвоживанию осадков всегда предшествует эндотермический процесс их тепловой подготовки, включающий прогрев материала, испарение влаги и выделение летучих веществ. Затраты теплоты на этот процесс достаточно велики и иногда могут превышать количество теплоты, выделяющейся при сгорании осадков, то есть для сжигания может потребоваться дополнительное топливо.
В качестве топочных устройств для сжигания осадков за рубежом в основном применяют многоподовые печи и печи с кипящим слоем инертного носителя; в нашей стране для этой цели используют печи с кипящим слоем, барабанные и циклонные. Многоподовая печь представляет собой камеру с цилиндрической стальной оболочкой диаметром 3—7 м и высотой 5—15 м, футерованную огнеупорными материалами и имеющую от 5 до 12 горизонтальных огнеупорных подов. Последние имеют чередующиеся отверстия для загрузки и выгрузки движущегося сверху обезвоженного осадка. Дымовые газы движутся навстречу потоку осадка. По оси печи расположен полый вал, вращающийся с частотой 0,5—3,5 мин. К валу над каждым подом прикреплены по две радиальные мешалки, с помощью которых осадок передвигается к периферическим отверстиям, а через них попадает на лежащие ниже поды. Вал и отводы охлаждаются воздухом, подаваемым воздуходувкой. Воздух, нагретый топочными газами, поступает в зону горения печи. На верхних подах испаряется основная часть влаги, на средних при температуре 800—900 С осадки сгорают, а в нижний части печи происходит охлаждение образующейся золы. Многоподовые печи имеют ряд недостатков. В частности, для изготовления полого вала и скребковых мешалок, подвергающихся воздействию высоких температур и коррозионной среды, требуются дорогостоящие жаростойкие чугуны. Барабанные печи конструктивно отличаются от барабанных сушилок тем, что выгрузочная камера у них выполнена в виде вертикальной топки, где происходит дожигание осадка. Выпускное отверстие для золы находится в нижней части топки, а для отходящих газов — в верхней. Отходящие газы содержат пыль до 20% количества сухого вещества осадка; эта пыль задерживается в циклонах и мокрых скрубберах. Барабанная печь представляет собой наклонный стальной цилиндр, футерованный огнеупорными материалами. Барабан вращается с частотой 0,8—2 мин. Обычно поверхность футеровки барабана гладкая, сжигаемый материал скользит по ней, не переворачиваясь, поэтому для достижения эффективного выгорания органических веществ барабан должен иметь значительную длину, достигающую в ряде случаев 15— 25 м. Склонность обезвоженных осадков к комкованию (образованию клейких шариков) вызывает изрядный недожог органических веществ, поэтому на выходе из вращающейся печи устанавливают камеру дожигания, одновременно являющуюся камерой осаждения золы. Футеровка печи при вращении находится в условиях частой смены температуры, что вызывает образование трещин и быстро выводит ее из строя.
В 60-х годах для сжигания осадков начали применять печи с псевдоожиженным слоем инертного носителя. Процесс сжигания осадков в условиях псевдоожиженного слоя значительно эффективнее, чем в стационарном слое. Образование псевдоожиженного слоя достигается применением дутья, интенсивность которого превышает предел устойчивости плотного слоя. Все частицы в псевдожиженном слое интенсивно перемешиваются, двигаясь колебательно вверх и вниз. В качестве инертного материала применяют песок с размером фракций 1—5 мм или фторопласт. Высота кипящего слоя составляет 0,5—1,5 м. Обрабатываемый материал, попадая в инертный слой, смешивается с ним, налипает на его частицы и удерживается до высыхания и частичного сгорания. Окончательное дожигание осадка и выделившихся газов производится в верхней части печи. Образовавшаяся зола состоит из пылевидных частиц размером 1—150 мкм и легко выносится из печи потоком отходящих газов. Их теплота используется для подогрева воздуха, подаваемого в печь, до температуры около 500 С, для чего после печи устанавливают теплообменник. Отходящие газы окончательно очищают от пыли в циклоне и мокром скруббере.
Зола удаляется (обычно гидравлическим способом) в золоотвал при очистной станции. Недостатками метода сжигания осадков в кипящем слое являются: неравномерность распределения и времени пребывания в псевдоожиженном слое обрабатываемых твердых частиц, возможность их слипания и спекания; необходимость установки мощных пылеулавливающих устройств на выходе газов из псевдоожиженного слоя, особенно при сложном гранулометрическом составе твердых частиц, и др. Производительность печей с кипящим слоем ограничена из-за трудности равномерной передачи и распределения осадка по слою. Применение циклонных печей позволяет избежать некоторых недостатков многоподовых печей и печей с кипящим слоем. В них увеличивается продолжительность витания частиц при одновременном их размельчении и интенсификации тепло- и массообмена, осуществляемого в условиях закрученного потока. Воспламенение и стабилизация факела обеспечиваются возвратом частиц горячих продуктов сгорания из ядра к корню факела. При этом по сравнению с другими способами сжигания осадков достигается интенсификация процесса сжигания осадков при регенерации теплоты отходящих из печи газов для предварительной термической сушки механически обезвоженных осадков.