Obrada otpadnih voda anaerobnom digestijom: Vodič za osnovnu opremu za industrijska postrojenja

Tvornica za preradu hrane na srednjem zapadu plaćala je 18.000 dolara mjesečno za odvoz tekućeg mulja izvan mjesta. Nakon instaliranja stupnja anaerobne digestije s odgovarajućom opremom za kondicioniranje mulja i odvodnjavanje, postrojenje je smanjilo volumen dovlačenja za 60 posto i počelo prikupljati bioplin kako bi nadoknadilo korištenje prirodnog plina u svojim kotlovima. Taj ishod nije došao samo od digestora; došlo je od usklađivanja prave mehaničke opreme s biološkim procesom oko nje.

Pročišćavanje otpadnih voda anaerobnom digestijom je biološki proces koji razgrađuje organske zagađivače u nedostatku kisika, proizvodeći bioplin i stabilizirani ostatak koji se naziva digestat. Za industrijska postrojenja s organskom otpadnom vodom visoke čvrstoće, tehnologija smanjuje volumen mulja, smanjuje troškove odlaganja i stvara obnovljivu energiju. Ali biološka reakcija dobro funkcionira samo kada mehanička oprema uzvodno i nizvodno obavlja svoj posao: prosijavanje, zgušnjavanje mulja, priprema polimera, miješanje i odvodnjavanje.

Ovaj se vodič usredotočuje na opremu koja čini pročišćavanje otpadnih voda anaerobnom digestijom pouzdanim u industrijskim uvjetima. Pokriva faze procesa, strojeve potrebne u svakom koraku, čimbenike odabira koji određuju izvedbu i operativne realnosti koje bi kupci trebali procijeniti prije nego što se obvežu na sustav.

Kratak pregled obrade otpadnih voda anaerobne digestije

Anaerobna digestija je četverostupanjski biološki proces u kojem mikroorganizmi pretvaraju organsku tvar u bioplin i digestat. Proces radi bez kisika, što ga razlikuje od aerobnih metoda obrade kao što je aktivni mulj.

Četiri biološka stadija

Hidroliza: Složeni polimeri kao što su proteini, masti i ugljikohidrati razgrađuju se na topive šećere, aminokiseline i masne kiseline.
Acidogeneza: Fermentativne bakterije pretvaraju te topive spojeve u hlapljive masne kiseline, alkohole, vodik i ugljični dioksid.
acetogeneza: Acetogene bakterije nadalje pretvaraju masne kiseline u octenu kiselinu, vodik i ugljikov dioksid.
Metanogeneza: Metanogene arheje proizvode metan i ugljikov dioksid, tvoreći sirovi bioplin koji se obično sastoji od 55 do 70 posto metana.

Bioplin iz obrade otpadnih voda anaerobne digestije sadrži 55 do 70 posto metana, koji se može spaljivati za toplinu, koristiti u kombiniranoj jedinici za toplinu i energiju ili nadograditi u obnovljiv prirodni plin. Jedna tona uklonjene kemijske potrebe za kisikom može proizvesti otprilike 350 kubičnih metara metana pod stabilnim radnim uvjetima.

Biološki proces je dobro poznat. Inženjerski izazov leži u dosljednom punjenju digestora, održavanju temperature i pH, odgovarajućem miješanju sadržaja i rukovanju digestatom koji izlazi iz spremnika. Svaki od ovih zadataka ovisi o specifičnoj opremi.

Osnovna oprema u sustavu za pročišćavanje otpadnih voda anaerobne digestije

Sustav anaerobne probave nije jedan stroj; to je niz opreme izgrađen oko posude digestora. Oprema određuje ostaje li biologija stabilna i ostaje li sustav ekonomičan za rad.

Moduli opreme u tipičnom nizu za obradu otpadnih voda anaerobne digestije
Pozornica	Primarna oprema	Funkcija
Prethodni tretman	Rotirajuća mehanička šipkasta sita, bubanj filteri	Uklonite grube krutine i vlaknasti materijal prije nego što uđu u pumpe ili digestor
Kondicioniranje mulja	Poluautomatski ili potpuno automatski sustavi za doziranje polimera	Pripremite otopinu flokulanta za zgušnjavanje ili odvodnjavanje
Zgušnjavanje	Trakasti zgušnjivači, gravitacijski zgušnjivači, DAF agregati	Smanjite volumen mulja prije probave kako biste povećali učinkovito vrijeme zadržavanja
Probava	Mješoviti digestorski spremnici, oprema za rukovanje bioplinom	Domaćin biološke reakcije i hvatanje bioplina
Odvodnjavanje digestata	Trakaste filter preše, vijčane preše, centrifuge za odvodnjavanje	Niži sadržaj vlage digestata za odlaganje ili ponovnu upotrebu
Naknadno liječenje	Filtri s bubnjem, separatori s kosim sitom	Ispolirajte tekući efluent ako se vraća u glavnu liniju za obradu

Svaka od ovih skupina opreme zaslužuje pozornost pri planiranju projekta. Digester može raditi sa lošim prethodnim probirom, ali posljedice se pojavljuju kasnije: začepljeni izmjenjivači topline, taloženi pijesak, oštećene pumpe i nakupljanje krpe koja zahtijeva gašenje digestora radi čišćenja.

Zašto je oprema za prethodnu obradu važna

Prva mehanička obrana u pročišćavanju otpadnih voda anaerobnom digestijom je probir. Industrijske otpadne vode često nose maramice, ostatke pakiranja, kosu i vlaknaste materijale koji se ne razgrađuju u digestoru. Ako ove krute tvari uđu u digestor, formiraju sloj taloga ili se talože kao pijesak, smanjujući efektivni volumen i na kraju zahtijevajući skupo čišćenje.

Instaliranje a rake-tooth bar screen stroj ili a drum bar screen stroj na ulazu uklanja grube krutine prije nego što dospiju do pumpi i izmjenjivača topline. Odabir ovisi o brzini protoka, veličini otvora sita i količini krutih tvari koje otpadna voda nosi. Stroj s rešetkastim rešetkastim sitom omogućuje finije uklanjanje struja s visokim udjelom vlakana, dok dizajn s grabuljastim zubima podnosi veća opterećenja krutim tvarima uz manje zasljepljivanja.

Praktično pravilo probira: za obradu otpadnih voda anaerobne digestije, otvori sita između 3 i 6 mm uobičajeni su za vodove gradskog mulja. Industrijski tokovi s kosom ili vlaknima mogu trebati mrežicu od 1 do 2 mm za zaštitu opreme za odvodnjavanje nizvodno.

Kriteriji odabira opreme za sustave anaerobne probave

Odabir opreme za pročišćavanje otpadnih voda anaerobnom digestijom trebao bi započeti karakterizacijom otpadnih voda, a ne preferencijama robne marke. Četiri parametra pokreću većinu dizajnerskih odluka: brzina protoka, ukupna koncentracija suspendiranih krutih tvari, sadržaj hlapljivih krutih tvari i raspodjela veličine čestica.

Ključni čimbenici odabira

Protok i hidrauličko opterećenje: Oprema mora podnijeti vršni protok po satu, a ne samo prosječni dnevni protok. Pumpe, rešetke i jedinice za odvodnjavanje često su dimenzionirane za 1,5 do 2 puta veći prosječni protok.
Koncentracija krutih tvari: Zgušnjavanje mulja smanjuje volumen digestora i grijaće opterećenje. Postrojenje koje zgušnjava mulj od 1 do 5 posto suhe tvari može smanjiti volumen digestora za otprilike 60 posto.
Uništavanje hlapljivih krutih tvari: Digester uklanja 35 do 60 posto hlapljivih krutih tvari, ovisno o vremenu zadržavanja i temperaturi. Odvodnjavanje nizvodno mora obraditi preostale stabilizirane krutine.
Potražnja polimera: Kondicioniranje mulja za odvodnjavanje obično zahtijeva 4 do 10 kg polimera po toni suhe krutine. Automatski sustav za pripremu i doziranje polimera izbjegava probleme predoziranja i premalog doziranja povezane s ručnim miješanjem.

Poluautomatsko doziranje

Operateri ručno mjere i miješaju šarže polimera. Niži kapitalni trošak, ali dosljednost doziranja ovisi o vještini operatera. Prikladno za mala postrojenja sa stabilnim karakteristikama mulja.

Potpuno automatsko doziranje

Polimerni prah se automatski puni, vlaži, odležava i dozira na temelju signala protoka ili krutine. Veći početni trošak, ali dosljedno stvaranje pahuljica i smanjeni kemijski otpad.

Izbor između poluautomatskog i potpuno automatskog doziranja izravno utječe na učinak odvodnjavanja. Filter preša s trakom koja radi s loše pripremljenim polimerom može izgubiti propusnost i proizvesti vlažniji kolač, povećavajući troškove prijevoza za 20 do 30 posto. Postrojenja koja planiraju raditi odvodnjavanje 24 sata dnevno trebala bi koristiti potpuno automatski sustav.

Oprema za odvodnjavanje mulja u vlakovima anaerobne digestije

Oprema za odvodnjavanje određuje konačni sadržaj suhe tvari u digestatu, čime se kontroliraju troškovi odlaganja i logistika rukovanja. Pročišćavanje otpadnih voda anaerobnom digestijom obično proizvodi digestat koji sadrži 2 do 4 posto suhe tvari; odvodnjavanje to podiže na 18 do 30 posto, ovisno o tehnologiji.

Usporedba uobičajenih tehnologija odvodnjavanja anaerobnog digestata
tehnologija	Tipične suhe tvari za kolače	Potražnja polimera	Najprikladnije za
Trakasta filter preša	18 do 22 posto	Umjereno do visoko	Komunalni i industrijski mulj s postojanim čvrstim tvarima
Odvodnjavanje vijčane preše	20 do 28 posto	Niska do umjerena	Zauljeni, vlaknasti ili promjenjivi mulj
Horizontalna vijčana centrifuga	22 do 30 posto	Niska do umjerena	Visoka propusnost, potpuno zatvoreni rad

A vijčani stroj za odvodnjavanje mulja je često pragmatičan izbor za sustave anaerobne digestije jer tolerira pijesak i vlakna bolje od centrifuge i radi s manjom potrošnjom polimera. Trakaste filter preše ostaju standard tamo gdje je potreban sadržaj krutine u kolaču iznad 20 posto i gdje je dostupna pažnja operatera. Centrifuge odgovaraju većim instalacijama gdje su otisak i automatizacija važni.

Uobičajena potrošnja polimera za odvodnjavanje digestata: 5 do 8 kg po toni suhe krute tvari s pužnom prešom, naspram 8 do 12 kg s prešom s trakom na istom mulju.

Pravi odabir za odvodnjavanje nije onaj s najvećim udjelom krutine u kolaču na papiru. To je onaj koji odgovara karakteristikama mulja, razini vještine operatera, raspoloživom građevinskom prostoru i satima dnevno koje postrojenje očekuje da radi.

Hvatanje bioplina i uloga rotacijskih mehaničkih sita

Hvatanje bioplina je ono što obradu otpadnih voda anaerobne digestije pretvara iz troška zbrinjavanja u izvor prihoda. Međutim, bioplinski sustavi financijski propadaju kada se anorganske krutine i vlaknaste čestice akumuliraju u digestoru i smanjuju iskoristivi volumen. Zbog toga zaslon nije dodatna oprema.

Rotirajuća mehanička rešetkasta sita kontinuirano uklanjaju krhotine pomoću rotirajućeg bubnja ili mreže koja podiže krute tvari iz protoka i ispušta ih u perilicu ili kompaktor. Razlikuju se od statičnih sita po tome što se ne oslanjaju samo na protok za premještanje krutih tvari, tako da rade dosljedno čak i kada otpadna voda sadrži velike količine krutih tvari.

Zasloni trake za bubnjeve: dobro za velike brzine protoka i dosljedno uklanjanje čvrste tvari; bubanj se neprekidno okreće i čisti se mlaznicama za prskanje.
Mrežasti trakasti zasloni: osigurati finiji pregled za vlaknasti materijal; uobičajeni u obradi otpadnih voda hrane i pića.
Rešetke za nazubljene šipke: nositi se s većim krutim tvarima i teškim sitom; pogodan za komunalni unos sa značajnim pijeskom i ostacima.

Za liniju za obradu otpadnih voda anaerobne digestije koja pročišćava industrijske otpadne vode, rešetkasta rešetka ili sito s bubnjem postavljeno prije spremnika za izjednačavanje štiti svaku nizvodnu komponentu. Cijena sita je mala u usporedbi s cijenom otvaranja digestora da bi se uklonila krpena kugla ili nakupina pijeska.

Stvarni radni obrazac: U postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda iz pivovara i mliječnih proizvoda, najčešći uzrok gubitka volumena digestora nije ispiranje ili pH šok; to je sporo nakupljanje inertnih krutih tvari od neadekvatnog uzvodnog prosijavanja. Operatori često nisu svjesni gubitka sve dok digestor ne počne raditi ispod predviđenog vremena zadržavanja.

Radna razmatranja i planiranje održavanja

Oprema za obradu otpadnih voda za anaerobnu digestiju zahtijeva drugačiji ritam održavanja od opreme za aerobnu obradu. Okolina digestora je topla, vlažna i korozivna. Bioplin sadrži sumporovodik koji napada nezaštićene metalne površine i električne komponente.

Prioriteti održavanja

Sustavi za doziranje polimera: Tjedno pregledajte mjerne pumpe i komore za miješanje. Otopina polimera koja stoji dulje od 24 sata gubi viskoznost i učinak flokulacije.
Zasloni i filteri: Očistite mlaznice za raspršivanje i provjerite istrošenost ploča zaslona svaki mjesec. Poderana ploča zaslona propušta čvrste čestice i tiho smanjuje performanse nizvodno.
Strojevi za odvodnjavanje: Pratite praćenje remena, istrošenost vijaka i temperaturu ležaja. Vijčane preše zahtijevaju povremenu unutarnju provjeru istrošenosti vijčane letve i sita.
Oprema za rukovanje plinom: Ispitajte odvode kondenzata i provjerite postoji li korozija sumporovodika u plinskim cjevovodima najmanje jednom u kvartalu.

Planiranje rezervnih dijelova: Zamjenske zaslonske ploče, polimerne brtve pumpe, mlaznice za prskanje i filterske tkanine za odvodnju prije pokretanja. Zastoji u sustavu anaerobne digestije ne zaustavljaju ulaznu otpadnu vodu, tako da postrojenje često mora zaobići tretman ili slati otpad u kamion za prijevoz dok čeka dijelove.

Operateri bi također trebali pratiti potrošnju polimera po toni suhe krutine i postotak suhe krutine u kolaču mjesečno. Ova dva pokazatelja otkrivaju postupne promjene karakteristika mulja prije nego što postanu kvarovi u procesu. Rastuća doza polimera bez odgovarajućeg porasta krutine u kolaču često signalizira da je iz mulja postalo teže odvoditi vodu, što može ukazivati na poremećaj digestora ili promjenu uzvodnih uvjeta.

Razmatranje troškova i analiza povrata

Ekonomika opreme za pročišćavanje otpadnih voda za anaerobnu digestiju ovisi o tome koliko je organskog opterećenja dostupno, koliko je energije uhvaćeno i koliki su trenutni troškovi zbrinjavanja mulja. Svaki objekt ima drugačiju polaznu vrijednost, ali pokretači povrata su dosljedni.

Troškovi unaprijed

Konstrukcija rezervoara digestora, sustav miješanja, rukovanje plinom, selekcija, doziranje polimera, zgušnjavanje i oprema za odvodnjavanje. Za projekte rekonstrukcije, građevinski radovi i cjevovod često premašuju cijenu opreme.

Operativne uštede

Smanjeni volumen odvoza mulja, manja potrošnja polimera s optimiziranim doziranjem, bioplin koji zamjenjuje kupljeni prirodni plin ili električnu energiju i smanjene naknade za ispuštanje u kanalizaciju.

Pokretači povrata

Postrojenja s visokim troškovima zbrinjavanja mulja i visokim sadržajem hlapljivih krutih tvari imaju najkraći povrat. Postrojenja za preradu hrane s KPK opterećenjem iznad 5000 mg/L obično su najbolji kandidati za anaerobnu probavu.

Za tok industrijske otpadne vode srednje veličine koji ispušta 10 tona KPK dnevno, potencijal metana je otprilike 3500 kubičnih metara dnevno. Pri tipičnim energetskim vrijednostima to iznosi približno 35.000 kWh toplinske energije dnevno. Može li lokacija doista koristiti tu energiju ovisi o opterećenju kotla, zahtjevima za grijanjem i hoće li se bioplin spaljivati ili koristiti. Proračun opreme trebao bi uključivati korištenje plina ili spaljivanje od prvog dana, jer bioplinski sustav bez načina korištenja postaje problem odlaganja.

Integracija rasporeda opreme

Uspješna obrada otpadnih voda anaerobne digestije ovisi o tome koliko je oprema dobro raspoređena oko digestora. Dva aspekta koja uzrokuju najviše operativnih problema su loš pristup za održavanje i nedovoljna okomita glava između faza procesa.

Sustav za odvodnjavanje trebao bi biti postavljen tako da gravitacija teče prema točki ispuštanja. Polimerni sustavi trebaju prostor za utovar vrećica, miješanje i pristup pumpi. Za sita je potreban slobodan prostor za uklanjanje spremnika za sito i servisiranje pogonskog mehanizma. Kada planirate novu instalaciju, prvo nacrtajte raspored opreme, a zatim projektirajte cjevovod.

Za projekte rekonstrukcije, najčešće ograničenje je prostor u blizini postojećeg spremnika za mulj. A potpuno automatski uređaj za doziranje i stroj za odvodnjavanje pužnom prešom može stati u kompaktno područje, ali put za skladištenje i prijenos polimera i dalje mora biti praktičan za svakodnevni rad.

Oprema koja dobro izgleda na dijagramu toka procesa može postati svakodnevni problem ako operater ne može doći do polimernog lijevka, ne može očistiti sito ili ne može otvoriti pristupna vrata stroja za odvodnjavanje. Planirajte radni prostor, a ne samo prostor za ugradnju.

Često postavljana pitanja

Što je obrada otpadnih voda anaerobnom digestijom?

Pročišćavanje otpadnih voda anaerobnom digestijom je biološki proces koji razgrađuje organske zagađivače u otpadnoj vodi ili mulju bez kisika. Proizvodi bioplin, koji je uglavnom metan i ugljični dioksid, te stabilizirani digestat koji je lakše odvodniti i zbrinuti nego sirovi mulj.

Koja je oprema potrebna za pročišćavanje otpadnih voda anaerobnom digestijom?

Glavna oprema uključuje rotacijska mehanička rešetkasta sita za grubo uklanjanje krutine, jedinice za zgušnjavanje mulja, sustave za pripremu polimera i doziranje za kondicioniranje mulja, sustave za miješanje digestorskih spremnika i strojeve za odvodnjavanje poput pužnih preša, trakastih filter preša ili centrifuga za rukovanje digestatom.

Koje industrije imaju najviše koristi od pročišćavanja otpadnih voda anaerobnom digestijom?

Najviše koristi imaju industrije s organskim otpadnim vodama visoke čvrstoće: prerada hrane i pića, mljekarstvo, pivovare, destilerije, proizvodnja celuloze i papira te klaonice. Ovi tokovi imaju visoku kemijsku potražnju za kisikom i proizvode dovoljno bioplina kako bi oporavak energije bio ekonomski privlačan.

Kako mogu izabrati između trakaste filter preše i vijčane preše za odvodnju digestata?

Odaberite trakastu filtarsku prešu kada je potreban sadržaj krutine u kolaču iznad 20 posto i operateri su dostupni za redovitu prilagodbu. Odaberite pužnu prešu kada je mulj promjenjiv, vlaknast ili uljast te kada želite manju potrošnju polimera i jednostavniji rad. Centrifuge odgovaraju većim instalacijama s visokom propusnošću i zahtjevima zatvorenog rada.