Tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă: Ghid de echipamente esențiale pentru instalațiile industriale

O fabrică de procesare a alimentelor din Midwest plătea 18.000 de dolari pe lună pentru a transporta nămolul lichid în afara amplasamentului. După instalarea unei etape de digestie anaerobă cu echipamente adecvate de condiționare și deshidratare a nămolului, instalația a redus volumul de transport cu 60 la sută și a început să capteze biogaz pentru a compensa utilizarea gazelor naturale în cazanele sale. Acest rezultat nu a venit doar de la digestor; a venit din potrivirea echipamentului mecanic potrivit cu procesul biologic din jurul acestuia.

Tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă este un proces biologic care descompune poluanții organici în absența oxigenului, producând biogaz și un reziduu stabilizat numit digestat. Pentru instalațiile industriale cu ape uzate organice de mare rezistență, tehnologia reduce volumul nămolului, scade costurile de eliminare și generează energie regenerabilă. Dar reacția biologică funcționează bine numai atunci când echipamentul mecanic din amonte și din aval își face treaba: cernerea, îngroșarea nămolului, prepararea polimerilor, amestecarea și deshidratarea.

Acest ghid se concentrează pe echipamentele care fac ca tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă să funcționeze în mod fiabil în medii industriale. Acesta acoperă etapele procesului, mașinile necesare la fiecare pas, factorii de selecție care determină performanța și realitățile operaționale pe care cumpărătorii ar trebui să le evalueze înainte de a se angaja într-un sistem.

Tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă dintr-o privire

Digestia anaerobă este un proces biologic în patru etape în care microorganismele transformă materia organică în biogaz și digestat. Procesul funcționează fără oxigen, ceea ce îl deosebește de metodele de tratare aerobă, cum ar fi nămolul activat.

Cele patru etape biologice

1. Hidroliza: Polimerii complecși precum proteinele, grăsimile și carbohidrații sunt descompuși în zaharuri solubile, aminoacizi și acizi grași.
2. Acidogeneza: Bacteriile fermentative transformă acești compuși solubili în acizi grași volatili, alcooli, hidrogen și dioxid de carbon.
3. Acetogeneza: Bacteriile acetogene transformă în continuare acizii grași în acid acetic, hidrogen și dioxid de carbon.
4. Metanogeneza: Arheile metanogene produc metan și dioxid de carbon, formând biogaz brut care este de obicei 55 până la 70 la sută metan.

Procesul biologic este bine înțeles. Provocarea inginerească constă în alimentarea constantă a digestorului, menținerea temperaturii și pH-ului, amestecarea adecvată a conținutului și manipularea digestatului care iese din rezervor. Fiecare dintre aceste sarcini depinde de echipament specific.

Echipamente de bază într-un sistem de tratare a apelor uzate prin digestie anaerobă

Un sistem de digestie anaerobă nu este o singură mașină; este un tren de echipamente construit în jurul unui vas digestor. Echipamentul determină dacă biologia rămâne stabilă și dacă sistemul rămâne economic pentru funcționare.

Fiecare dintre aceste grupuri de echipamente merită atenție în timpul planificării proiectului. Un digestor poate funcționa cu ecranare slabă în amonte, dar consecințele apar mai târziu: schimbătoare de căldură astupate, nisipul sedimentat, pompe deteriorate și acumulare de cârpe care necesită oprirea digestorului pentru curățare.

De ce este important echipamentul de pretratare

Prima apărare mecanică în tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă este screening-ul. Apele uzate industriale transportă adesea șervețele, resturi de ambalaj, păr și materiale fibroase care nu se degradează în digestor. Dacă aceste solide intră în digestor, ele formează un strat de gunoi sau se depun sub formă de nisip, reducând volumul efectiv și forțând în cele din urmă o curățare costisitoare.

Instalarea a mașină de ecranare cu bară cu dinți greblă sau a mașină de ecran cu bară de tambur la intrare elimină solidele grosiere înainte ca acestea să ajungă la pompe și schimbătoare de căldură. Selecția depinde de debitul, dimensiunea deschiderii sitului și cantitatea de solide care încarcă apa uzată. O mașină de plasă cu bară de plasă oferă o îndepărtare mai fină a fluxurilor cu conținut ridicat de fibre, în timp ce un design cu dinți greblă gestionează încărcături mai mari de solide cu mai puțin orbire.

Criterii de selecție a echipamentelor pentru sistemele de digestie anaerobă

Selectarea echipamentelor pentru tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă ar trebui să înceapă cu caracterizarea apelor uzate, nu cu preferința mărcii. Patru parametri determină majoritatea deciziilor de proiectare: debitul, concentrația totală de solide în suspensie, conținutul de solide volatile și distribuția dimensiunii particulelor.

Factori cheie de selecție

• Debitul și sarcina hidraulică: Echipamentul trebuie să facă față debitului orar de vârf, nu doar debitului zilnic mediu. Pompele, ecranele și unitățile de deshidratare sunt adesea dimensionate pentru debitul mediu de 1,5 până la 2 ori.
• Concentrația de solide: Îngroșarea nămolului reduce volumul digestorului și sarcina de încălzire. O instalație care îngroașă nămolul de la 1 la 5% solide uscate poate reduce volumul digestorului cu aproximativ 60%.
• Distrugerea solidelor volatile: Digestorul elimină 35 până la 60 la sută din solidele volatile, în funcție de timpul de retenție și temperatură. Deshidratarea în aval trebuie să gestioneze solidele stabilizate rămase.
• Cererea de polimeri: Condiționarea nămolului pentru deshidratare necesită de obicei 4 până la 10 kg de polimer pe tonă de solide uscate. Un sistem automat de preparare și dozare a polimerului evită problemele de supradozare și subdozare asociate amestecării manuale.

Alegerea între dozarea semi-automată și complet automată afectează direct performanța de deshidratare. O presă cu filtru cu bandă care funcționează cu polimer slab pregătit poate pierde producția și poate produce turtă mai umedă, crescând costul de transport cu 20 până la 30 la sută. Instalațiile care intenționează să efectueze deshidratarea non-stop ar trebui să utilizeze implicit un sistem complet automat.

Echipamente de deshidratare a nămolului în trenurile de digestie anaerobă

Echipamentul de deshidratare determină conținutul final de solide uscate al digestatului, care controlează costurile de eliminare și logistica de manipulare. Tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă produce în mod obișnuit digestat care conține 2 până la 4 procente solide uscate; deshidratarea o ridică la 18 până la 30 la sută, în funcție de tehnologie.

A mașină de deshidratare a nămolului presa cu șurub este adesea alegerea pragmatică pentru sistemele de digestie anaerobă, deoarece tolerează nisipul și fibrele mai bine decât o centrifugă și funcționează cu un consum mai mic de polimeri. Presele cu filtru cu bandă rămân standardul acolo unde este nevoie de solide de turtă peste 20% și este disponibilă atenția operatorului. Centrifugile se potrivesc la instalații mai mari, unde amprenta și automatizarea contează.

Selecția corectă de deshidratare nu este cea cu cele mai mari solide de tort pe hârtie. Este cel care se potrivește cu caracteristicile nămolului, nivelul de calificare al operatorului, spațiul disponibil al clădirii și orele pe zi pe care se așteaptă să funcționeze instalația.

Captarea biogazului și rolul ecranelor cu bare mecanice rotative

Captarea biogazului este ceea ce transformă tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă dintr-un cost de eliminare într-un flux de venituri. Cu toate acestea, sistemele de biogaz eșuează financiar atunci când solide anorganice și cârpe fibroase se acumulează în digestor și reduc volumul utilizabil. Acesta este motivul pentru care ecranul nu este un accesoriu opțional.

Ecranele cu bare mecanice rotative îndepărtează continuu reziduurile folosind un tambur rotativ sau o plasă care ridică solidele din flux și le descarcă într-o mașină de spălat sau compactor. Ele diferă de ecranele statice prin faptul că nu se bazează doar pe debit pentru a muta solidele, astfel încât funcționează în mod constant chiar și atunci când apa uzată conține încărcături mari de solide.

• Ecrane de bară de tobe: bun pentru debite mari și pentru îndepărtarea consistentă a solidului; tamburul se rotește continuu și este curățat de duze de pulverizare.
• Ecrane cu bară de plasă: asigura o ecranare mai fină pentru materialul fibros; frecvente în tratarea apelor uzate din alimente și băuturi.
• Ecrane de bară cu dinți greblați: gestionați solide mai mari și ecrane grele; potrivit pentru admisia municipală cu nisip și resturi semnificative.

Pentru o linie de tratare a apelor uzate prin digestie anaerobă care tratează efluenți industriali, o plasă sau un ecran cu bară de tambur instalat înaintea rezervorului de egalizare protejează fiecare componentă din aval. Costul ecranului este mic în comparație cu costul deschiderii unui digestor pentru a îndepărta o minge de cârpă sau acumularea de nisip.

Considerații operaționale și planificarea întreținerii

Echipamentele de tratare a apelor uzate cu digestie anaerobă necesită un ritm de întreținere diferit față de echipamentele de tratare aerobă. Mediul digestorului este cald, umed și coroziv. Biogazul conține hidrogen sulfurat, care atacă suprafețele metalice neprotejate și componentele electrice.

Priorități de întreținere

1. Sisteme de dozare a polimerilor: Inspectați săptămânal pompele de dozare și camerele de amestec. Soluția de polimer care stă mai mult de 24 de ore își pierde viscozitatea și performanța de floculare.
2. Ecrane și filtre: Curățați duzele de pulverizare și inspectați panourile ecranului pentru uzură în fiecare lună. Un panou de ecran rupt lasă solidele să treacă și reduce silențios performanța din aval.
3. Mașini de deshidratare: Monitorizați urmărirea curelei, uzura șuruburilor și temperatura rulmenților. Presele cu șurub necesită inspecție internă periodică pentru uzura șurubului și a carcasei ecranului.
4. Echipamente de manipulare a gazelor: Testați scurgerile de condens și verificați coroziunea cu hidrogen sulfurat în conductele de gaz cel puțin trimestrial.

Operatorii ar trebui, de asemenea, să urmărească lunar consumul de polimeri pe tonă de solide uscate și procentul de solide uscate din turtă. Acești doi indicatori relevă modificări treptate ale caracteristicilor nămolului înainte ca acestea să devină eșecuri ale procesului. O doză de polimer în creștere fără o creștere egală a solidelor de turtă semnalează adesea că nămolul a devenit mai greu de deshidratat, ceea ce poate indica o deranjare a digestorului sau o schimbare a condițiilor din amonte.

Considerații privind costurile și analiza rambursării

Economia echipamentelor de tratare a apelor uzate prin digestie anaerobă depinde de cât de multă încărcătură organică este disponibilă, de câtă energie este capturată și de cât costă în prezent eliminarea nămolului. Fiecare unitate are o bază diferită, dar factorii de rambursare sunt consecvenți.

Pentru un flux de apă uzată industrială de mărime medie, care deversa 10 tone de COD pe zi, potențialul de metan este de aproximativ 3.500 de metri cubi pe zi. La valori tipice de energie, aceasta este egală cu aproximativ 35.000 kWh de energie termică pe zi. Dacă amplasamentul poate utiliza efectiv această energie depinde de sarcina cazanului, cererea de încălzire și dacă biogazul este ars sau utilizat. Bugetul echipamentului ar trebui să includă utilizarea gazului sau arderea din prima zi, deoarece un sistem de biogaz fără cale de utilizare devine o problemă de eliminare.

Integrarea dispunerii echipamentelor

Tratarea cu succes a apelor uzate prin digestie anaerobă depinde de cât de bine este aranjat echipamentul în jurul digestorului. Cele două aspecte care cauzează cele mai multe probleme operaționale sunt accesul slab pentru întreținere și capul vertical insuficient între etapele procesului.

Un sistem de deshidratare trebuie poziționat astfel încât gravitația să se scurgă spre punctul de descărcare. Sistemele polimerice au nevoie de spațiu pe podea pentru încărcarea sacului, amestecarea și accesul la pompă. Ecranele au nevoie de spațiu liber pentru îndepărtarea recipientelor de ecrane și pentru întreținerea mecanismului de antrenare. Când planificați o nouă instalare, desenați mai întâi aspectul echipamentului și apoi proiectați conductele.

Pentru proiectele de modernizare, cea mai comună constrângere este spațiul în apropierea rezervorului de stocare a nămolului existent. A dispozitiv de dozare complet automat iar o mașină de deshidratare prin presa cu șurub se poate încadra într-o zonă compactă, dar calea de depozitare și transfer a polimerului trebuie încă să fie practică pentru funcționarea zilnică.

Echipamentul care arată bine pe diagrama fluxului procesului poate deveni o problemă zilnică dacă operatorul nu poate ajunge la buncărul de polimer, nu poate curăța platforma ecranului sau nu poate deschide ușa de acces la mașina de deshidratare. Planificați spațiul de operare, nu doar spațiul de instalare.

Întrebări frecvente

Ce este tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă?

Tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă este un proces biologic care descompune poluanții organici din apele uzate sau nămoluri fără oxigen. Produce biogaz, care este în principal metan și dioxid de carbon, și un digestat stabilizat care este mai ușor de deshidratat și eliminat decât nămolul brut.

Ce echipament este necesar pentru tratarea apelor uzate prin digestie anaerobă?

Echipamentele principale includ site-uri cu bare mecanice rotative pentru îndepărtarea solidelor grosiere, unități de îngroșare a nămolului, sisteme de preparare și dozare a polimerilor pentru condiționarea nămolului, sisteme de amestecare a rezervoarelor de digestor și mașini de deshidratare, cum ar fi prese cu șurub, prese cu filtru cu bandă sau centrifuge pentru manipularea digestatului.

Ce industrii beneficiază cel mai mult de tratarea apelor uzate cu digestie anaerobă?

Industriile cu ape uzate organice de mare rezistență beneficiază cel mai mult: prelucrarea alimentelor și a băuturilor, lactate, fabrici de bere, distilerii, celuloză și hârtie și abatoare. Aceste fluxuri au o cerere mare de oxigen chimic și produc suficient biogaz pentru a face recuperarea energiei atractivă din punct de vedere economic.

Cum aleg între o presă cu filtru cu bandă și o presă cu șurub pentru deshidratarea digestatului?

Alegeți o presă cu filtru cu bandă atunci când sunt necesare solide de turtă peste 20 la sută și operatorii sunt disponibili pentru reglarea regulată. Alegeți o presă cu șurub atunci când nămolul este variabil, fibros sau uleios și când doriți un consum mai mic de polimeri și o funcționare mai simplă. Centrifugile se potrivesc la instalații mai mari, cu un randament ridicat și cerințe de funcționare închise.