Проект! Техническо ръководство за третиране на утайките от градските пречиствателни станции за отпадъчни води

СУШЕНЕ

• 
  допълнително намаляване на количествата утайки, подлежащи на третиране,
  
• 
  допълнително увеличаване на тяхната калоричност,
  
• 
  допълнително стабилизиране и хигиенизиране,
  
• 
  по-лесно съхраняване и транспортиране,
  
• 
  елиминиране на проблемите, свързани с обработката на пастообразни вещества, съответно по-добро дозиране при по-нататъшното им оползотворяване.
  

• 
  контактно сушене (например, с помощта на тънкослойна сушилня, етажна сушилня, центрофужна сушилня),
  
• 
  конвекционно сушене (например, с помощта на лентова сушилня, барабанна сушилня, сушилня с флуидизиран слой, сушилня със студен въздух),
  
• 
  сушене със слънчева енергия,
  

• 
  частично сушене, приблизително до 60 - 80 % с.в.
  
• 
  пълно сушене, приблизително до 80 - 90 % с.в.
  

За сушенето на уплътнени утайки от 25% до 90% с.в. са необходими около 70-80 _kWhтерм на kg изпарена H₂0, при използването на контактно и конвекционно сушене_.

Частичното сушене е вариант, при който може да се постигне по-ефективно сушене в следващите енергийни реактори за оползотворяване (напр. инсинератор с флуидизиран слой), в сравнение с останалите методи за сушене. Предварителното сушене трябва да се извършва само до момента, в който утайките имат положителен принос за енергийния баланс на процеса на горене.

Допълнително сушене на утайките може да се наложи при едновременното им изгаряне с битови отпадъци в инсинератори (обикновено съотношението на смесените утайки към битовия отпадък е максимум 10 % от теглото на обезводнените утайки). Топлината, необходима за процеса на сушене, обикновено се получава от изгарянето. При някои процеси, утайките, които трябва да бъдат сушени, влизат в директен контакт с топлоносителя, напр. в конвекционните сушилни или директните сушилни (лентови сушилни, сушилни с два съосни барабана, сушилни с флуидизиран слой). По време на конвекционното сушене се образуват изпарения, които представляват смес от пара, въздух и газове, отделени от утайките, а при директното сушене се образуват горещи газове като тези изпарения и газова смес трябва да бъдат пречистени. Контактните сушилни обикновено постигат ниво на съдържание на сухо вещество от порядъка на 35 - 40 %. Водата, която се е изпарила по време на сушенето, е замърсена единствено с просмукал се в нея въздух и малки количества летливи газове. Парата може да бъде почти напълно втечнена, а миризмата на оставащите инертни газове - премахната в котелната пещ. Третирането на кондензата може да се окаже сложно поради наличието на амониев хидроксид (NH₄OH) или общ органичен въглерод (ООВ).

Директните сушилни също могат да бъдат използвани индиректно посредством рециркулацията на изпаренията. В индиректните системи за сушене (напр. етажни, тънкослойни сушилни), топлината рециркулира в системата с помощта на парогенераторите и не влиза в контакт с утайките като преносът на топлина се извършва между стената на системата и самите утайки. (↗BREF WI; 2.2.3.2.2 Сушене, стр.30ff. ↗BREF WT; 2.3.3.7 Сушене при високи температури, стр.69ff.)

Алтернатива на изнесеното сушене в сушили е сушенето на утайките на място, където те се изгарят заедно с висококалорични отпадъци. В такива случаи, водата от обезводнените утайки помага да се предотвратят иначе възможните внезапни пикове на температурата, които се наблюдават при горенето на висококалорични отпадъци.

Съоръженията за сушене на утайки без подходящи устройства за почистване на изгорелия газ трябва да приемат утайки, чието съдържание на перфлуорооктан сулфонат (PFOS) не надвишава 125 µg/kg с.в. В противен случай, те трябва да бъдат изгорени веднага след обезводняването.

	Описание на основния процес	Фактори, които да се вземат под внимание	Примерни обекти
Конвекционно сушене	Барабанна (или камерна) сушилня: Суспензията от обезводнена утайка със съдържание на сухо вещество от порядъка на 20-35% се подава посредством подходящи механизми във въртящ се барабан. Транспортни кофи отвеждат материала от входа към вътрешността на барабана, обемът на който може да варира според характеристиките на желания продукт. По-голямата част от сушенето се извършва в директния поток. Тук суспензията влиза в контакт с нагретия до 1000°C газ. Времето за престой в сушилнята зависи от скоростта и наклона на барабана, дебита на изсушаващия газ и устройството за съхранение в края на барабана. Работният капацитет обикновено варира от 1,000 kg/h до 10,000 kg/h изпарена вода.	 Топлинната ефективност е сравнително ниска, но може да бъде подобрена посредством комбинация с топлообменни системи
Възможности за оптимизация:	Разработени са различни модификации за по-добра ефективност на приложението. Технологията Комби-Драй (Combi-Dry) използва комбинация от изсушаващ барабан и контейнери за сушене и за техническа поддръжка. От барабана, който се затопля с поток горещ въздух, полуизсушеният продукт пада в контейнера за сушене, където с помощта на горещ въздух се осъществява крайното сушене и съдържанието му на сухо вещество достига 90 %. Оборудването предлага много компактно решение, може да се монтира на открито и не изисква специална инсталация.	 Технологията е особено подходяща за по-малки ПСОВ с общ годишен обем от около 1,000 тона обезводнени утайки.
	Лентова сушилня: Обезводнените утайки се подават от междинното хранилище и се разпределят равномерно (слой с дебелина 4-15 cm) по цялата ширина на перфорираната лента. Обикновено тя е хоризонтална и пренася продукта през зоната на сушене, която е разделена на няколко сектора. В тези сектори изсушаващият газ минава през или над утайката. Изпарението се осъществява, когато биологично третираните утайки влязат в контакт с нагретия въздух. Всеки сектор може да се оборудва с вентилатор и топлообменник. Тази модулна конструкция позволява независим контрол на температурата за сушене в различните сектори. Така всеки сектор от сушилнята може да се контролира отделно и изсушаващият въздушен поток може да варира във всеки участък. Освен това, скоростта на транспортната лента може да се променя, което предлага допълнителен параметър при определяне времето за сушене. Секторите могат да се нагряват директно или индиректно. Също така може да се използват всякакви топлоносители, като например масло, пара, гореща вода или газ. Температурата по време на процеса варира от 120 до 150°C. Парата, която след охлаждане се превръща във вода, се отвежда. При сушене с нагорещен въздушен поток се използват вентилатори, които създават вакуум. По този начин се предотвратяват емисиите на зловонни газове и образуването на прах. Този вид сушилни работят с висок коефициент на рециркулация, което означава, че голямо количество изсушаващ въздух се връща обратно за повторно генериране на топлина.	 Сравнително ниски емисии и прахообразуване	ПСОВ Щраубинг, Бавария, Германия Станция с лентова сушилня във Вохлен, Швейцария
		~ По-ниско потребление на топлина (около 800 kcal/kg изпарена вода)
		 Гъвкавост; позволява работа при големи вариации в подавания поток, особено с високо водно съдържание, което в повечето случаи надвишава капацитета на другите видове сушилни
	Отделената от процеса газова смес, трябва да се отведе за очистка като се пречиства от прах, миризми и др. нежелани компоненти. Обикновено техническият капацитет варира от 300 kg/h до 10,000 kg/h изпарена вода. Съществуват и мобилни версии на лентовата сушилня.
	Сушилните с флуидизиран слой: са подходящи за голям брой процеси за обработка на твърди вещества и течности. Те работят с нагрят въздушен поток, насочен нагоре, който флуидизира третираните твърди частици. Постига се флуидоподобно състояние на флуидизираните твърди частици и така се създават оптимални условия за сушене. Течността, която се разпръсква през дюзите, изсъхва по флуидизираната инертна материя като твърдата материя се превръща във фин прах.
Възможности за оптимизация:	Топлообменникът може да бъде използван от ПСОВ като част от нейните съоръжения за решаване на проблема с генерирането на топлинна енергия, необходима за сушенето на утайките. Топлообменниците са технически съоръжения за ефикасен пренос на топлина от една среда в друга. Една от възможностите за ПСОВ е технологията за топлообмен посредством напречни потоци. В това устройство флуидите минават приблизително перпендикулярно един на друг през топлообменника. Топлинната енергия за сушене се осигурява от топлината на първичния въздушен поток, който се образува от вентилаторите, обслужващи биобасейните (процесът CAKIR). Вентилаторите, които доставят кислорода в биобасейните, обикновено консумират най-много енергия от всички съоръжения в ПСОВ (те използват между 50 и 80 % от цялото потребление на електроенергия в станцията). Обезводнените утайки (съдържание на сухо вещество 23 %) могат да се изсушат до 90% с.в. посредством постоянното подаване на топлината, генерирана от вентилаторите, към изсушаващите барабани.	~ Възможно е да се спестят 50 % от разходите за електроенергия, необходима за постигане на същите резултати при използването на други методи.	ПСОВ Вайсах, Баден-Вюртемберг, Германия
Контактно сушене	Етажна сушилня: Този вид сушилня представлява съоръжение за непрекъснато дехидратиратиране посредством индиректен контакт на топлоносителя с материала за сушене. Роторът се състои от дискове, подредени върху нагорещена хоризонтална тръба. Дисковете се загряват от пара или топлинна течност, която се инжектира във въртящата се ос и се разпределя по тях. Съвместната работа на диска, стъргалките и бъркалките осигурява оптимален пренос на топлина и бавно сушене на продукта. Технологията РотаДиск (RotaDisc) използва дискове, които се загряват от пара. Те са монтирани върху хоризонтална ос, чието въртене осигурява постоянно разбъркване и движение на утайките през цилиндричното тяло. Четки и лопатки поддържат повърхността на дисковете чиста за влажните частици. Постоянният контакт на утайките с нагретите дискове осигурява висока топлинна ефективност. Потреблението на пара е от порядъка на 1.3 до 1.4 kg пара / kg изпарена вода.		РотаДиск (RotаDisc): ПСОВ Линетен, Дания
	Тънкослойна сушилня: използва хоризонтален цилиндричен статор и бързо въртящ се ротор (периферната скорост е около 30 m/s) вътре в него. Роторът има множество ножове, чиито наклон може да се регулира. Те предвижват суспензията до нагорещената стена, където се оформя тънък турбулентен слой с дебелина 3-5 mm. Благодарение на отличната му топлопроводимост, течността се изпарява бързо и се образува прахообразно, частично фино смляно вещество. За отвеждането му помагат позицията на ножовете и минаващият през сушилнята газ. Производителността е от 750 kg/h до 3,000 kg/h изпарена вода.	~Възможно е изразходената топлина да бъде по-малко от 800 kcal/kg изпарена вода
		Еднократно третиране, непрекъснат процес
Сушене със слънчева енергия	Този метод използва слънчевата енергия за сушене на утайките. В зависимост от избрания начин, сушенето се осъществява непрекъснато или на партиди в помещения със стени и прозрачен покрив (обикновено това са вид парници). Слънчевата радиация затопля повърхността на утайките и околният въздух. Повишаването на температурата кара водните молекули да преминат във въздуха около тях. Влажният въздух трябва да бъде отведен, но, докато повърхността изсъхва, долните пластове остават мокри и трябва да се обърнат. Честото преобръщане и смесването на вече сухите с все още мокрите слоеве е най-добрият начин за постигане на оптимална производителност. Масата за сушене се подава и отвежда с подходящи съоръжения, като например, транспортьори или кофъчни товарачи. Оптималното ниво на сушене се постига при 70 % съдържание на сухо вещество, но е възможно да се постигне и 85 % с.в. В резултат от сушенето на слънце остава 20-30 % от първоначалната маса, което дава възможност за последващо оползотворяване на утайките с получаване на енергия. Те се преобразуват в зърнеста, свободно отделяща се, твърда биомаса, която е лесна за работа. Гранулите нямат миризма и, ако има разрешение за оползотворяването им в земеделието, могат да се разпръскват с обикновени машини. Също така могат да се съхраняват на купчини, в контейнери или торби и да се транспортират с камиони или с влакове в силозни контейнери. При консумирана мощност от порядъка на 1000-1100 kWh/m², което отговаря на годишната слънчева енергия в Централна Европа, със сушенето на слънце годишно може да се изпарят около 850 литра вода на всеки m² от помещението. Общият разход на енергия, необходима за работата на инсталациите е около 25 kWh за тон изпарена вода. Специфичната инвестиция за съоръжения за слънчево сушене варира от 280 до 400 евро /m² изсушителна площ, където на 1 m² може да се изсушат 2-6 m³ мокри утайки.	~ Ниско потребление на електроенергия (10-30 kWh на тон вода, отделена от първоначалния материал)	Бетембург, Люксембург Вайл ам Рейн, Баден-Вюртемберг Пенцинг Вайл, Бавария, цяла Германия
		 Методът е напълно подходящ и като допълнително решение в области със силно променливи количества на образувалите се утайки през различните сезони, поради наличието на туристи през лятото (например Черноморските курорти).
		 Изисква се голямо пространство и много време (например сравнително ниска ефикасност на сушене)
		 Необходимо е да се осигури достатъчно резервно пространство за критичния период (от декември до февруари)

Таблица 2: Технически характеристики на различните системи за сушене на утайки

Използвана технология	Топлоносител	с.в. в първоначалната утайка	с.в. в крайния продукт	Температура по време на процеса	Енергияел.	Енергиятоплинна	Система за възстановяване на топлината
		%	%	°C	Wh/kg H2O	kJ/kg H2O
Въртяща се пещ – система за директно сушене Маурер (Maurer)	горивен газ	22,5	90	100-130	63	4,250	загряване на водата и въздуха
Въртяща се пещ – система за индиректно сушене Елино (Elino)	наситена пара	30	95	95-130	50	3,060	загряване на водата и предварително загряване на утайките
Директна/индиректна лентова система за сушене Севар (Sevar)	горивен газ топлинно масло	25	95	100-140	70	3,300	загряване на водата
Сушилня с флуидизиран слой (директна) система Сулцър (Sulzer)	топлинно масло	20	95	85-115	110	2,500	загряване на водата и предварително загряване на утайките
Линейна тънкослойна (индиректна) система за сушене Лимус (Limus)	топлинно масло	25	90	115	70	3,000	загряване на водата
Тънкослойна (индиректна) система за сушене Бъс (Buss)	наситена пара топлинно масло	25	50	100-110	75	2,600	загряване на водата и предварително загряване на утайките
Сушилня Ротадиск (Rotadisc) (индиректна) Сторд (Stord)	наситена пара	27,5	95	115-120	125	2,900	загряване на водата и предварително загряване на утайките
Мобилна етажна сушилня (индиректна) система Бабкок (Babcock)	топлинно масло наситена пара	25	90	110-120	87	2,900	загряване на водата и предварително загряване на утайките
Мобилна барабанна (директна) система за сушене Аман (Amann)	горивен газ	25	92,5	120	112	3,000	загряване на водата
Мобилна сушилня (директна) система ПКА (PKA)	горивен газ горещ въздух	20	95	110-130	31	3,560
Средна стойност					79	3,107

Използвани са данните, събрани от Краус, Дж. Дис. Herstellung von Leichtzuschlagstoffen aus Klärschlamm. ISWW Technical series – том. 112 - Карлсруе 2003г.