Порівняльний аналіз експлуатаційних витрат на зневоднення осадів малих і середніх (до 100 000 м3/доба) очисних споруд

Одним з найважливіших етапів очищення стічних вод є механічне зневоднення осаду первинних відстійників (або промислових шламів, одержуваних методом флотації або осадження) та/або надлишкового активного мулу.

Осади стічних вод, які утворюються під час їхнього механічного, біологічного та фізико-хімічного очищення, належать до суспензій колоїдного типу, які важко фільтруються, іноді містить специфічні включення у вигляді жирів, масел, нафтопродуктів тощо. Для їхнього зневоднення на сьогодні на очисних спорудах каналізації (ОСК) в основному використовуються стрічкові фільтр-преси, центрифуги і мультідісковие шнекові дегідратори.

Промислова група ESMIL вже понад 14 років поставляє стрічкові фільтр-преси та згущувачі на об’єкти середньої і високої продуктивності. За цей час було накопичено безцінний досвід запуску й експлуатації зневоднює обладнання (поставлено понад 130 комплексів). Тісна співпраця з експлуатаційними підприємствами допомогло вдосконалити конструкції цих апаратів й забезпечити комфортні умови їхньої експлуатації.

В останні роки серед муніципальних і промислових підприємств зростає попит на економічне й енергоефективне зневоднює обладнання для малих і середніх ОСК. Це визначило інтерес нашої компанії до виробництва мультідискових шнекових дегідраторів. З 2011 року на заводах ESMIL налагоджено виробництво шнекових дегідраторів MDQ за ліцензією японської компанії TSURUMI PUMP. За цей час було поставлено понад 60 комплексів механічного зневоднення осаду на базі дегідраторів з одним або кількома барабанами, які зневоднюються. Серед підприємств, які успішно експлуатують дегідратори MDQ, – муніципальні об’єкти та промислові підприємства у країни Європейського Союзу, СНД, Північної і Південної Америки, Близького Сходу, Південно-східної Азії.

Зневоднюючий барабан мультидискового дегідратора складається з зібраного в загальній рамі набору кілець (дисків). Нерухомо закріплені диски в барабані чергуються з рухливими дисками через дистанційні вставки, які забезпечують відстань між дисками від 0,5 до 0,15 мм та є фільтрувальними порами для відводу вільної вологи з осаду. Усередині барабана розташований шнек зі зменшуючоюсь відстанню між витками від зони надходження зфлокульованого осаду (зона згущення) до виходу з барабана (зона зневоднення). При повільному обертанні шнека (1-5 оборетів на хвилину) осад, під впливом витків, просувається до зони вивантаження, поступово втрачаючи вільну вологу через фільтрувальні пори й ущільнюючись за рахунок зменшення обсягу камер між витками. Під час обертання шнека його витки впливають на внутрішню поверхню рухомих дисків, за рахунок чого вони знаходяться в постійному русі щодо нерухомих дисків. Таке плоскопараллельное рух дисків призводить до постійної очищенню фільтрувальних пір навіть при роботі зі опадами, що містять жири й масла (флотошлами). Таким чином, вода для очищення фільтрувальних пір при роботі дегідратору не потрібно. На виході з барабана розташована пластина, яка створює додаткове протитиск осадку й сприяє його віджиманню. Відстань між виходом з барабана й пластиною регулюється та, відповідно, тиск на осад можна змінювати в залежності від потрібних технологічних показниківУ цій статті пропонується комплексний аналіз витрат на експлуатацію перерахованого вище зневоднює обладнання, виконаний на основі інформації, отриманої нами від клієнтів компанії, які придбали та експлуатують наше обладнання, й з якими ми підтримуємо тісний контакт, а також від потенційних замовників, які експлуатують на своїх ОСК обладнання різних виробників. Завдяки цьому ми добре знайомі з загальними проблемами, пов’язаними з технічним обслуговуванням устаткування в сфері ВКГ, а саме:

• клієнт рідко звертає увагу на вартість та доступність запчастин для технічного обслуговування й ремонту. Через кілька років це може призводити до витрат на сервіс (включаючи запасні частини та приладдя), порівнянними з витратами на покупку нової одиниці обладнання, які можуть виявитися неприйнятними для експлуатуючої організації;
• при виборі обладнання для зневоднення далеко не завжди враховуються витрати на реагенти, різниця в яких може бути дуже суттєвою;
• непоодинокі випадки, коли експлуатаційний персонал в процесі вибору обладнання участі не бере, або ж його досвід та думка не враховуються при ухваленні рішення;
• спроби обслуговувати технологічне обладнання силами місцевих технічних служб не завжди, але вкрай часто закінчуються плачевно через відсутність достатньої кваліфікації персоналу замовника та необхідного технічного оснащення.

Сподіваємося, що дана стаття буде корисна для фахівців, котрі приймають рішення про придбання зневоднює обладнання, та допоможе зважити всі ризики та оцінити приховані витрати, пов’язані з експлуатацією.

Кожен тип обладнання для зневоднення має свої переваги і недоліки, які забезпечують найбільшу застосовність в конкретних умовах, перш за все в залежності від типу і обсягу зневоднює осаду. Так, наприклад, застосування центрифуг виправдано, в першу чергу, для масло-і жировмісних опадів, а також опадів з високим вмістом надлишкового активного мулу. У той же час не рекомендується їх застосування при роботі з опадами, що містять абразивні включення, які через недостатньо якісної механічної очистки зустрічаються на вітчизняних ОСК дуже часто. Перевагами застосування стрічкових фільтр-пресів є висока продуктивність, особливо відчутна при роботі з опадами первинних відстійників, низька енергоємність і досить низькі витрати на обслуговування та ремонт. Шнекові мультидіскові дегідратори найбільш універсальні за типами осаду та демонструють відмінні результати (вміст сухої речовини (далі – СВ) в кеці 18-25 %), при роботі з різними опадами, в тому числі з масло- та жировмісних осадів, осадами з низьким або високим вмістом СВ вихідного осаду, з осадами, що містять абразивні включення, що обумовлює повсюдну застосовність даного обладнання. Усі три типи розглянутого обладнання у виробників представлені досить широким типорозмірний рядом (табл. 1). Це дозволяє підібрати обладнання залежно від необхідної продуктивності.

Таблиця 1. Порівняння продуктивності різних типів обладнання (для муніципальних шламів)

Однак чи тільки на продуктивність необхідно орієнтуватися при підборі обладнання? Узагальнивши власний досвід і інформацію, отриману від технічних фахівців замовників і партнерів, ми провели аналіз простоти / складності технічного обслуговування і загальних експлуатаційних витрат. Під час вивчення враховувалися як експлуатаційні витрати, що забезпечують технологічний процес роботи комплексу устаткування, так і витрати на ремонт і технічне обслуговування.

Порівняння технологічних експлуатаційних витрат на зневоднення комунального осаду для різних типів обладнання

Витрати на електроенергію

Центрифуги дозволяють домогтися досить високого вмісту сухої речовини і чистого фільтрату. Однак такі результати можливі тільки при високій швидкості обертання барабана, що формує високі витрати електроенергії і збільшення дози флокулянта. Високі експлуатаційні витрати – зворотна сторона технологічних переваг центрифуг.

Стрічкові фільтр-преси і дегідратори – набагато більш енергоефективне обладнання. Досить низька швидкість обертання шнеків дегідраторів порівнянна з низькою швидкістю обертання валів фільтр-пресів. В результаті витрати енергії в процесах із застосуванням даних типів обладнання значно нижче, ніж при центрифугуванні. У табл. 2 наведено порівняння витрат на електроенергію, для розглянутих типів обладнання, включаючи енерговитрати основного агрегату і допоміжного обладнання (насоси осаду, флокулянта і промивної води, установки приготування реагенту).

Таблиця 2. Порівняння витрат на електроенергію, кВт год на 1 кг СР осаду

Споживання флокулянта

Завдяки вбудованій ємності флокуляції з регульованим плавним перемішуванням, яке можна контролювати, мультидискові шнекові дегідратори споживають менше цього дорогого реагенту, ніж центрифуги, в яких перемішування відбувається вже в закритому барабані при високих швидкостях, через які найчастіше відбувається розбивання великих флокул на більш дріб.

Таблиця 3. Порівняння споживання флокулянту

Потреба в промивній воді

Все розглянуте обладнання для зневоднення в кінці кожної робочої зміни має проходити через процедуру обов’язкової чистки робочих частин, що стикаються з осадом і фільтратом. Барабани центрифуг в кінці зміни заповнюють водою для внутрішнього очищення. Під час роботи мультідіскового шнекового дегідратора вода з тиском і витратою, як в звичайному водопровідному крані, включається автоматично на короткий час не більше, ніж на 3 клапана промивки. Вода в дегідратором не використовується для очищення фільтрувальних прозорів (так як ті і без того мають властивість самоочищення), а потрібна тільки для очищення зовнішньої поверхні барабана від несфлокульованних частинок осаду.

Крім миття після зміни, стрічкові фільтр-преси під час процесу роботи постійно потребують води під тиском для очищення фільтрувальних пір своїх стрічок, тому по споживанню води значно випереджають і центрифуги, і дегідратори.

Порівняння потреби в промивній воді наведено в табл. 4.

Таблиця 4. Порівняння потреби в промивній воді

Зневоднення осадів з високим вмістом абразивних включень

Нерідкі випадки, коли у вихідному зневоднюється осаді міститься багато абразивних включень (особливо це стосується опадів первинних відстійників). Шнеки і барабани центрифуг дуже чутливі до таких опадів; найчастіше проблеми виникають вже через 2000-3000 рік після початку експлуатації, а через 3000-7000 год необхідно проводити ремонт і заміну шнека, що може досягати 20-40% вартості нової центрифуги. Ситові стрічки фільтр-пресів також можуть бути схильні до пошкоджень гострими краями абразивних включень, що значно скорочує їх термін служби і збільшує вміст завислих речовин у фільтраті.

Мультідискові шнекові дегідратори з їх наднизькими швидкостями обертання менш схильні до впливу абразивних включень в осаді, тому можуть ефективно експлуатуватися без ризику необхідності ремонту і заміни частин барабана 5-7 років експлуатації після запуску.

Шум, вібрація, поширення запахів

Для обслуговуючого персоналу, а також з позицій мінімізації впливів на навколишнє середовище, важливі характеристики обладнання по шуму і вібрацій, а також виділенню забруднюючих і смердючих речовин в повітря. Мультідискові шнекові дегідратори об’єднують всі позитивні риси, притаманні іншим типам обладнання – їх барабани закриті кожухами, що, як і при використанні центрифуг, перешкоджає поширенню запахів в цеху. Також, як і стрічкові фільтр-преси, шнекові дегідратори при роботі не шумлять і не вібрують (У дегідраторів навіть відсутній додатковий шум від промивних форсунок, як це є в фільтр-пресі). Таким чином, облаштування приміщення зневоднення для установки дегідраторів не зажадає витрат на спеціальну шумову захист і захист від вібрацій, а також посилених систем вентиляції з подальшим обслуговуванням ще і цих додаткових систем. Порівняння за даними параметрами наведено у табл. 5.

Таблиця 5. Порівняння по шуму, вібрації, виділенню запахів

Автоматизація процесу

Оптимальним обладнанням з точки зору автоматизації на наш погляд є мультідискові шнекові дегідратори. При постійних властивостях осаду вони не вимагають уваги обслуговуючого персоналу в процесі роботи. При цьому початок і кінець робочої зміни для даного обладнання не викликає «прикордонних» технологічних періодів, що властиво іншим зневоднюється обладнанню, і часто створює цілий ряд як технологічних, так і експлуатаційних незручностей.

Мультідискові дегідратори оснащуються шафами управління на базі контролерів, що дозволяє здійснювати різні алгоритми включення комплексу зневоднення в автоматичному режимі – в залежності від рівня у зовнішній ємності з вихідним осадом, в певний час доби, на задані проміжки часу, віддалено з зовнішнього ПК і т.д . Така автоматизація процесів дозволяє мінімізувати участь обслуговуючого персоналу в обслуговуванні комплексів на базі мультідискових дегідраторів, а також включити MDQ в загальну схему АСУ та диспетчеризації очисних споруд. При такій інтеграції шаф управління дегідратором можливе програмування включення обладнання комплексу зневоднення у міру накопичення певної кількості осаду на спорудах (синхронізація з автоматичним відведенням осаду в буферні ємності з первинних і вторинних відстійників), досягнення оптимальної вологості для подачі на зневоднення (використання гравітаційних згущувачів) та інших важливих технологічних показників.

Витрати на технічне обслуговування і ремонт

До сервісного обслуговування були віднесені як рутинні роботи з технічного обслуговування, які виробляються місцевим персоналом обслуговуючої організації, так і більш складні сервісні роботи, до яких необхідно залучати більш кваліфікований персонал з боку або представників заводів-виробників.

Всі типи обладнання потребують заміни масел в приводних мотор-редукторах, але так як дана операція проводиться відносно не часто (один раз на 5–10 років), то порівняння за цим показником можна опустити в загальному підсумку.

На відміну від стрічкового фільтр-преса, який в своїй конструкції містить значну кількість валів з підшипниковими вузлами, які необхідно змащувати близько 3-5 разів на рік, мультідискові шнекові дегідратори MDQ взагалі не оснащені підшипниками і не потребують рутинної зміні мастила.

Велику складність представляє ремонт шнека центрифуг. Провести якісний ремонт (напилення або приварювання зносостійкого покриття, балансування і т.п.) шнека центрифуги в умовах ремонтного цеху експлуатує підприємства практично неможливо, тому ремонтні роботи проводяться на заводі виробника або на його ремонтній базі. Оскільки основна маса якісних центрифуг для зневоднення осадів стічних вод проводиться за кордоном, ремонтні роботи пов’язані з тривалими термінами простою обладнання. Вартість ремонту шнека центрифуги досягає 25–40 % від вартості самої центрифуги і досить часто проводиться 1–3 рази за 5–9 років експлуатації обладнання.

Основним витратним матеріалом на фільтр-пресах є ситові стрічки і манжети підшипників, необхідність заміни яких виникає один раз 6–10 років. Важливою перевагою стрічкових фільтр-пресів є оперативність ремонтних робіт. Заміна ситових стрічок займає 1-2 ч робочого часу, заміна манжет 2-3 робочих дня, ремонт вала – не більше 2 тижнів.

У той же самий час досвід експлуатації мультідискових шнекових дегідраторів MDQ на об’єктах замовників показує, що перші 4-6 років експлуатації дане обладнання не потребує будь-яких сервісному обслуговуванні основного робочого агрегату – зневоднює барабана. Після закінчення даного терміну може виникнути необхідність заміни комплекту рухомих кілець, що становить всього 10% від вартості обладнання, а після 6-10 років роботи необхідна буде заміна шнека, що може скласти 15-20% від первісної вартості дегідратора. Порівняння за вартістю сервісу, засноване на аналізі експлуатаційних витрат ряду підприємств, наведено в табл. 6.

Таблиця 6. Сервісні витрати і трудовитрати

Досвід експлуатації різних типів обладнання для механічного зневоднення осаду на очисних спорудах муніципальних і промислових підприємств свідчить про те, що мультідісковие шнекові дегідратори є найбільш привабливим рішенням в плані простоти технічного обслуговування і загальних експлуатаційних витрат. На їхню користь свідчать такі факти:

• шнекові дегідратори є найбільш економічними агрегатами для зневоднення осадів по споживанню основних ресурсів – дорогих реагентів, електроенергії, води;
• мультідискові шнекові дегідратори є найпривабливішими агрегатами для операторів – в процесі роботи дегідратори не шумлять, чи не вібрують, від них не виходить випарів і запахів, їх легко мити і обслуговувати в кінці зміни;
• шнекові дегідратори практично звільняють сервісний персонал експлуатуючої організації від рутинних заходів технічного обслуговування в силу невибагливості своєї конструкції;
• основні збезводнювальні вузли (барабани) мультідискових шнекових дегідраторів дуже надійні і не вимагають проведення дорогих ремонтних і сервісних робіт.

Одним з небагатьох параметрів, які можуть обмежувати застосування мультідискових шнекових дегідраторів на великих міських очисних спорудах (понад 100 000 м³/добу), є їхня. Так при продуктивності цеху механічного зневоднення понад 10 тонн по сухій речовині на добу необхідно буде встановлювати два працюючих дегідратора, а більше 20 тонн на добу вже три і більше (з урахуванням резервування). Таким чином капітальні витрати з урахуванням вартості обладнання будуть вище, ніж для цехів аналогічної продуктивності на базі більш продуктивних центрифуг або стрічкових фільтр-пресів. Проте, як показує аналіз, проведений в даній статті, мультідискові шнекові дегідратори є найбільш вигідним рішенням для малих і середніх очисних споруд на увазі більш низьких експлуатаційних витрат.