Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Сравнительный анализ эксплуатационных затрат при обезвоживании осадка ленточными фильтр-прессами и центрифугами

А. Ю. Малютин, старший преподаватель кафедры системного анализа и информационных технологий Санкт-Петербургского государственного технологического института (технический университет)

В настоящее время при выборе технологии обезвоживания осадков в большинстве случаев стоит задача выбора между ленточными фильтр-прессами (ЛФП) или центрифугами (рис. 1 и рис. 2), обеспечивающими степень обезвоживания, достаточную для утилизации либо дальнейшей эффективной сушки или сжигания [1, 2, 3].

Ленточный фильтр-пресс

Основные факторы, по которым необходимо проводить сравнительный анализ ЛФП

Центрифуга

и центрифуг, можно разделить на объективные и субъективные. Это деление в некотором роде условно, так как для каждого конкретного случая субъективный фактор может стать объективным и, более того, определяющим выбор технологии для данного объекта. Например, в случае, когда необходимо увеличить количество обрабатываемого осадка с минимальными капитальными затратами в цехе механического обезвоживания осадка (ЦМО) с ЛФП, при техперевооружении имеется возможность заменить ЛФП центрифугами без необходимости перестраивать ЦМО. Вместе с тем учитывая, что большинство ЦМО в муниципальных предприятиях РФ были построены еще в 70–80-х годах прошлого века с большим запасом площадей. Таким образом, имеется возможность установить оборудование большей производительности. В результате определяющим фактором в данном конкретном случае становятся затраты на оборудование.
В общем виде при сравнительном анализе ЛФП и центрифуг нужно учитывать:
— ЛФП представляют собой низкооборотистое оборудование (обычно 3–10 об/мин) с низким значением потребляемой электрической мощности. Напротив, у центрифуг данные значения в разы выше, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат при использовании центрифуг;
— по сравнению с центрифугами ЛФП обеспечивают минимально возможный расход флокулянта, что положительно сказывается на эксплуатационных параметрах;
— ЛФП в отличие от центрифуг требуют постоянной промывки. Однако надо учитывать, что на большинстве очистных сооружений имеется система подачи промывной воды, в случае если такой системы нет то, отсутствие необходимости в промывке для центрифуг может стать значительным преимуществом в их пользу;
— при небольших габаритах установки центрифуга может обеспечить большую пропускную способность по сухому веществу в очень ограниченном пространстве. Это очень важный фактор, который необходимо учитывать особенно при проектировании или реконструкции больших очистных сооружений;
— при наличии абразивных включений (песка) в обезвоживаемом осадке рабочие органы центрифуги подвергается сильному износу, чтобы его избежать, требуется снизить содержание песка до величины не более 3% [4].

Процесс приготовления смеси ИАИ и СО

Одной из основных проблем при выборе технологии обезвоживании осадка являлся сравнительный анализ основных эксплуатационных затрат (электроэнергия, флокулянт, промывная вода) ЛФП и центрифуг.
Для решения поставленной задачи были проведены опытно-промышленные испытания на смеси сырого осадка (СО) и избыточного активного ила (ИАИ) при их соотношении 60/40 по массе асв. Смесь готовилась в регулирующем резервуаре (рис. 1), для чего в него подавались СО в количестве 1,95 м3/ч влажностью 94,40% и ИАИ из аэротенков в количестве 20,48 м3/ч влажностью 99,20%.

Рис. 4

Полученная гомогенная смесь характеризовалась влажностью 98,78% с общим объемным расходом 22,43 м3/ч. При этом массовый расход асв составил 273,06 кг асв/ч, что соответствует содержанию абсолютно сухого вещества (асв) 12,17 кг/м3. Плотность СО и ИАИ составляла около 1 т/м3. Соответственно плотность смеси также была 1 т/м3. Плотность кека варьировалась от 1,35 до 1,45 т/м3. Поэтому была принята усредненная плотность 1,4 т/м3.
Далее приготовленную смесь разделяли на два потока и направляли на центрифугу и ЛФП с объемными расходами 20 м3/ч и 2,43 м3/ч соответственно.
В результате эксперимента были определены оптимальные параметры работы обезвоживающих установок, приведенные на балансовой схеме (рис. 4) и в таблице 1.

Таблица 1. Технологические параметры работы ЛФП и центрифуги.
*) Установленная мощность ЛФП: 1,3 кВт.
**) Установленная мощность центрифуги: 45 кВт.

Так как при проведении опытно-производственных испытаний производительности ЛФП и центрифуг отличались практически в 10 раз, то сравнение необходимо было проводить по удельным показателям их работы. Для этого предлагалось использовать три целевые функции (затраты на 1 час работы оборудования, затраты на обработку 1 м³ исходной смеси, затраты на обработку 1 т асв), которые коррелируются между собой с некоторыми коэффициентами:

—       затраты на 1 час работы

—       затраты на обработку 1 м³ исходной смеси

—       затраты на обработку 1 т асв:

Для вычисления целевых функций необходимо учитывать, что величины стоимостей флокулянта,

Таблица 2. Стоимости флокулянта, электроэнергии и промывной воды

электроэнергии и промывной воды могут варьироваться в зависимости от региона, объема закупки реагентов и географических особенностей расположения объекта. Например, в регионах с низким коэффициентом обеспеченности водой фактор использования промывной воды может резко снизить привлекательность применения ЛФП, в разы, увеличив тем самым стоимость данной статьи расхода. В нашем конкретном случае расчеты проводились исходя из стоимостей, приведенных в таблице 2.

Результаты расчета целевых функций приведены в таблице 3.

Таблица 3. Общие эксплуатационные затраты

При анализе данной таблицы следует, что наибольшие эксплуатационные затраты связаны с приобретением флокулянта, причем для центрифуг его требуется в три раза больше, чем для ЛФП. Также существенная разница и в затратах на электроэнергию: для центрифуг эти затраты в два раза выше, чем для ЛФП. В итоге себестоимость обезвоживания 1 м³ исходного осадка на ЛФП составляет 13,04 руб/м³, а для центрифуги 32,34 руб/м³. Таким образом, применение ЛФП позволяет сократить эксплуатационные затраты в 2,5 раза по сравнению с центрифугами.

Выводы

Результаты опытно-производственных испытаний показали, что:
1. При необходимости снижать эксплуатационные затраты на обезвоживание осадка целесообразно применять ЛФП.
2. При отсутствие площадей в ЦМО для размещения ЛФП целесообразно использовать центрифуги.