Осадки городских сточных вод имеют большие объемы, высокую влажность, неоднородный состав и свойства и содержат органические вещества, которые могут быстро разлагаться и загнивать. Осадки заражены бактериальной и патогенной микрофлорой и яйцами гельминтов.

Осадок из первичных отстойников и избыточный активный ил на 65 − 75 % состоят из органических веществ, которые на 80 − 85 % представлены белками, жирами и углеводами.

Осадки сточных вод относятся к труднофильтруемым иловым суспензиям. Водоотдающие свойства осадков характеризуются удельным сопротивлением фильтрации и индексом центрифугирования.

Технологический процесс обработки осадков можно подразделить на следующие основные стадии: уплотнение (сгущение); стабилизация органической части; кондиционирование; обезвоживание; термическая обработка; утилизация ценных продуктов или ликвидация осадков.

Уплотнение илов и осадков сточных вод . В зависимости от принятой схемы очистной станции уплотнению могут подвергаться осадки из первичных отстойников, избыточные активные илы, смесь осадка первичных отстойников и избыточного активного ила, флотационный шлам, осадки и илы после стабилизации.

Для уплотнения избыточного активного ила на очистных сооружениях используют вертикальные и радиальные илоуплотнители гравитационного типа или флотационные илоуплотнители, работающие по принципу компрессионной флотации.

Гравитационное уплотнение – наиболее распространенный прием уменьшения объема избыточного активного ила. Оно в значительной мере уменьшает объем сооружений и затраты электроэнергии, необходимые для последующей его обработки. Конструкции вертикальных и радиальных уплотнителей аналогичны конструкциям первичных отстойников.

Сбор и удаление осадка в радиальных илоуплотнителях осуществляется илоскребами или илососами. Сопоставление работы вертикальных илоуплотнителей с радиальными, оборудованными илоскребами и илососами, показало, что наибольшей эффективностью отличаются радиальные илоуплотнители с илоскребами. Это объясняется медленным перемешиванием активного ила в процессе уплотнения, а также меньшей высотой радиальных илоуплотнителей по сравнению с вертикальными. При перемешивании снижаются вязкость активного ила и его электрокинетический потенциал, что способствует лучшему хлопьеобразованию и осаждению. Поэтому в современных конструкциях илоуплотнителей предусматривается устройство низкоградиентных мешалок.

Флотационное уплотнение активного ила позволяет предотвратить его загнивание, сократить продолжительность уплотнения и объемы сооружений. Флотаторы для уплотнения избыточного активного ила обычно представляют собой резервуары круглые в плане диаметром 6, 9, 12, 15, 18, 20, 24 м и глубиной 2 – 3 м, различающиеся внутренним оборудованием.

Стабилизация осадков сточных вод и активного ила в анаэробных и аэробных условиях . Стабилизация первичных и вторичных осадков достигается путем разложения органической части до простых соединений или продуктов, имеющих длительный период ассимиляции окружающей средой. Стабилизация осадков может быть осуществлена разными методами − биологическими, химическими, физическими, а также их комбинацией.

Наибольшее распространение получили методы биологической анаэробной и аэробной стабилизации. При небольшом количестве осадков применяют септики, двухъярусные отстойники и осветлители − перегниватели. Для обработки больших объемов осадков применяют метантенки и аэробные минерализаторы.

В метантенках биохимический процесс стабилизации осуществляется в анаэробных условиях и представляет собой разложение органического вещества осадков в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов до конечных продуктов, в основном метана и диоксида углерода.

Согласно современным представлениям анаэробное метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанные стадии, осуществляемые разными группами бактерий:

1. Стадия ферментативного гидролиза осуществляется быстрорастущими факультативными анаэробами, выделяющими экзоферменты, при
участии которых осуществляется гидролиз нерастворенных сложных орга­нических соединений с образованием более простых растворенных веществ. Оптимальное значение рН для развития этой группы бактерий находится в интервале 6,5 − 7,5.

2. Стадия кислотообразования (кислотогенная) сопровождается выделением летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов, а также водорода и углекислого газа. Стадия осуществляется быстрорастущими, весьма устойчивыми к неблагоприятным условиям среды гетерогенными бактериями.

3. Ацетатогенная стадия превращения ЛЖК, аминокислот и спиртов в уксусную кислоту осуществляется двумя группами ацетатогенных бактерий. Первая группа, образующая ацетаты с выделением водорода из продуктов предшествующих стадий, называется ацетатогенами, образующими водород:

СН СН СООН + 2Н 2 0 СНзСООН + СО + 3Н 2 .

Вторая группа, также образующая ацетаты и использующая водород для восстановления диоксида углерода, называется ацетатогенами, использую­щими водород:

4Н 2 +2С0 2 СН СООН + 2Н 2 0.

4. Метаногенная стадия, осуществляемая медленнорастущими бактериями, являющимися строгими анаэробами, весьма чувствительными к изменениям условий среды, особенно к снижению рН менее 7,0 - 7,5 и температуры. Разные группы метаногенов образуют метан двумя путями:

Расщеплением ацетата:

СН 3 СООН СН 4 + С0 2 ,

Восстановлением диоксида углерода:

С0 2 +Н 2 СН 4 +Н 2 0.

По первому пути образуется 72 % метана, по второму – 28 %.

Процесс сбраживания протекает медленно. Для его ускорения и уменьшения объема сооружений применяют искусственный подогрев ила. При этом значительно эффективнее идет выделение газа – метана, который улавливается и может быть использован в качестве горючего. В зависимости от температуры различают два типа процесса: мезофильный (t=30 − 35) и термофильный (t= 50 − 55).

Метантенки представляют собой герметичные вертикальные резервуары с коническим или плоским днищем, выполненные из железобетона или стали.

Схема метантенка представлена на рис. 3.2.17. Уровень осадка поддерживается в узкой горловине метантенка, что позволяет повысить интен­сивность газовыделения на единицу поверхности бродящей массы и пре­дотвратить образование плотной корки.

Рис. 3.2.17. Метантенк:

1 − подача осадка; 2 − паровой инжектор; 3 − выпуск сброженного осадка;

4 − опорожнение метантенка; 5 − теплоизоляция;

6 – система сбора и отвода газа; 7 − циркуляционная труба; 8 − уровень осадка

Аэробная стабилизация осадков сточных вод − процесс окисления органических веществ в аэробных условиях. В отличие от анаэробного сбраживания аэробная стабилизация протекает в одну стадию:

C 5 H 7 N0 2 +50 2 ->5C0 2 +2H 2 0+NH 3 ,

с последующим окислением NH 3 до N0 3 .

Аэробной стабилизации может подвергаться неуплотненный и уп­лотненный избыточный активный ил и его смесь с осадком первичных от­стойников.

Аэробная стабилизация осадков проводится обычно в сооружениях типа аэротенков глубиной 3 − 5 м. Отстаивание и уплотнение аэробно стабилизированного осадка следует производить в течение 1,5 − 5 ч в отдельно стоящих илоуплотнителях или в специально выделенной зоне внутри стабилизатора. Влажность уплотненного осадка 96,5 − 98,5 %. Иловая вода должна направляться в аэротенки. Схема аэробного стабилизатора представлена на рис. 3.2.18.

Рис. 3.2.18. Схема минерализатора: I − зона аэрации; II − отстойная зона; III − осадкоуплотнитель; 1 − стабилизированный осадок; 2 − выпуск отстойной воды; 3 − воздуховод; 4 − опорожнение; 5 − иловая смесь; 6 − фугат из цеха механического обезвоживания

Аэробная стабилизация осадков обеспечивает получение биологи­чески стабильных продуктов, хорошие показатели влагоотдачи, простоту эксплуатации и низкие строительные стоимости сооружений. Однако зна­чительные энергетические затраты на аэрацию ограничивают целесообраз­ность использования этого процесса на очистных сооружениях производи­тельностью более 50 − 100 тыс. м 3 /сут.

Обеззараживание осадков сточных вод . В осадках городских сточных вод находится большое количество патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов, поэтому осадки перед утилизацией и хранением необходимо обеззараживать. Обеззараживание осадков сточных вод достигается разными методами:

Термическими − прогревание, сушка, сжигание;

Химическими − обработка химическими реагентами;

Биотермическими − компостирование;

Биологическими − уничтожение микроорганизмов простейшими, грибками и растениями почвы;

Физическими воздействиями − радиация, токи высокой частоты, ультразвуковые колебания, ультрафиолетовое излучение и т. п.

Общая характеристика процессов обеззараживания осадков сточ­ных вод приведена в табл. 3.2.2. На крупных станциях аэрации целесооб­разно применение термической сушки механически обезвоженных осадков, позволяющей сократить транспортные расходы и получить удобрение из осадков в виде сыпучих материалов. Для сокращения топливно-энергетических расходов на станциях аэрации пропускной способностью до 20 тыс. м 3 /сут целесообразно применение камер дегельминтизации, до 50 тыс. м 3 /сут - методов химического обеззараживания. В случаях, когда осадок не подлежит утилизации в качестве удобрения, может применяться сжигание с использованием получаемого тепла.

План:

1. НАЗНАЧЕНИЕ СООРУЖЕНИЙ ПО ОБРАБОТКЕ ОСАДКОВ

2. ПРОЦЕССЫ МЕТАНОВОГО БРОЖЕНИЯ И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

3. КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ СУШКИ И ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКОВ

1. При полной биологической очистке из сточной воды извле­кается до 90-95% первоначального содержания загрязнений, оцениваемого количеством взвешенных веществ и величиной БПК, а при наличии фильтров доочистки - до 98-39%. Эти загрязнения, частью в своем первоначальном виде (осадок пер­вичных отстойников), частью преобразованные в активный ил или биопленку, аккумулируются в виде осадков, общий объем которых составляет не более 0,5-1,5% объема обработанной во­ды. Таким образом, решение проблемы обработки большого ко­личества воды с относительно низкой концентрацией загрязне­ний влечет за собой необходимость решения новой проблемы - обработки относительно небольшого количества концентриро­ванных осадков.

Обработка осадков сточных вод преследует прежде всего санитарные цели. Сухое вещество осадков состоит на 65-75% из органических веществ, способных загнивать с выделением крайне неприятных запахов. Если учесть при этом высокую степень инвазионности (зараженности) осадков болезнетвор­ными бактериями и яйцами глистов, то становится очевидным, что обезвреживание (обеззараживание) является обязательной стадией обработки осадков.

Разложение органических веществ осадков может быть осу­ществлено биохимическим путем как в аэробных, так и в ана­эробных условиях. Первый вариант окисления уже был рас­смотрен в гл. VII. Второй вариант-анаэробное биохимическое окисление - широко применяется в нашей стране при обработке осадков городских сточных вод. На станциях малой про­изводительности для этой цели применяются двухъярусные от­стойники, осветлители-перегниватели, а на станциях большой производительности -метантенки. При сбраживании осадков эффект обеззараживания по бактериальным загрязнениям мо­жет быть очень высоким, особенно в условиях термофильных температур.

В осадках при высокой концентрации в них сухого веще­ства все еще содержится 92-98% воды. Транспортирование излишней воды, например при использовании осадков в ка­честве удобрений, нерентабельно. Поэтому важной задачей в общей системе обработки осадков является удаление излиш­ней влаги. Современными техническими средствами можно до­биться любой степени уменьшения влажности. Процессы сни­жения влаги до 70-80% принято называть обезвоживанием, а с 70-80% до 5-40%-сушкой осадков. Разные названия двух степеней удалении влаги носят УСЛОВНЫЙ характер, но они могут быть до" некоторой степени оправданы тем, что каждая степень соответствует разрушению определенного вида связи воды в осадке.

Поскольку сушка осуществляется в аппаратах при высокой температуре, то одновременно с интенсивным испарением вла­ги происходит полная дезинфекция осадка.

Кроме перечисленных выше приемов обработки осадков применяется и способ уничтожения их путем сжигания (в тех случаях, когда полезное использование осадков затруднительно И неэкономично).

Компоновка системы полной обработки осадка может быть самой разнообразной, в особенности па станциях малой и сред­ней производительности. Так, стадия сбраживания осадка мо­жет вообще отсутствовать. В этом варианте обезвоживаются сырые осадки, после чего они подвергаются дезинфекции (ком­постированием, облучением, прогреванием и т. п.) либо сжи­гаются. На станциях большой производительности, как правило, устраиваются метантенки с последующим обезвоживанием и сушкой сброженного осадка в естественных или искусственных условиях.

2. Для описания процессов распада органических веществ при сбраживании осадков широко пользуются схемой, предложен­ной Баркером. По этой схеме процесс брожения состоит из двух фаз - кислой и метановой, последовательно сменяющих друг друга и протекающих с одинаковыми скоростями. Первую фазу брожения называют кислой потому, что основным конеч­ным продуктом распада органических веществ являются низшие органические кислоты ряда предельных углеводородов, называемые низшими жирными кислотами (НЖК). К ним относятся кислоты: муравьиная, уксусная, пропионовая, мас­ляная и другие с содержанием до пяти-шести атомов уг­лерода.

Присутствие кислот в среде обусловливает ее кислую реак­цию. Кроме НЖК продуктами распада первой фазы являются
низшие жирные спирты, аминокислоты, некоторые альдегиды
и кетоны, глицерин, а также углекислота, водород, сероводо­род, аммиак и некоторые другие соединения. Осуществляют эту фазу процесса бактерии, относящиеся К факультативным анаэробам (молочнокислые бактерии, уксуснокислые, пропионовокислые и т. п.) и к облигатным анаэробам (маслянокислые бактерии, целлюлозные, ацетонобутиловые и др.).

Вторую фазу процесса называют щелочной, или метановой. Реакция среды в этой фазе щелочная (рН = 7,6^8). Продукты распада первой фазы перерабатываются бактериями второй фазы брожения с образованием в основном углекислоты и ме­тана. Бактерии этой фазы - облигатные анаэробы. Выделено сравнительно немного чистых культур метанообразующих бак­терий. В основном они относятся к трем родам - метанобак-териям, метаносарцинам и метанококкам.

Поскольку скорости процессов в обеих фазах одинаковы, то в сбраживаемой массе не происходит накапливания продуктов первой фазы и они обнаруживаются лишь в небольшом коли­честве. Однако, если имеют место какие-либо нарушения тех­нологического режима, то среда становится кислой, поскольку в первую очередь гибнут наиболее чувствительные ко всякого рода нежелательным изменениям бактерии метановой фазы про­цесса. Осадок в этом случае приобретает крайне неприятный запах, обусловленный наличием кислот, спиртов, производных сероводорода и меркаптанов. Происходит «закисание» метан-тенка.

Контроль процессов метанового брожения включает систе­му замеров и анализов твердой, жидкой и газообразной фаз. Замер количества поступающих осадков и активного ила по объему позволяет рассчитать суточную дозу загрузки метан-тенка по объему Д, % Общий объем метантенка принимают за 100%. Объем поступающих осадков за сутки, выраженный в про­центах от общего объема метантенка, и составляет объемную дозу загрузки сооружения. Эта величина может быть выражена либо в процентах от полного объема метантенка, либо в долях от единицы его объема, т. е. в м 3 осадка, приходящегося на 1 м 3 объема за сутки. Например, если доза Д=8%, то второй вариант выражения этой величины 0,08 м 3 /(м 3 -сут).

Принимают, что в процессе сбраживания объем осадка и общее количество поступившей в метантенк воды не изменя­ются. Таким образом, в учете пренебрегают количеством влаги, поступающим с перегретым паром (используемым для нагрева сбраживаемой массы), а также теряющимся с удаляемыми га­зами брожения.

Не реже 1-2 раз в неделю для поступающих и сброженных осадков выполняют анализы с определением их влажности и зольности. Зная влажность и зольность исходных осадков, а также Д, %, нетрудно подсчитать дозу загрузки метантенка по беззольному веществу Дбз. Эта величина, измеряемая в кило­граммах беззольного вещества, приходящегося на 1 м 3 объема сооружения за сутки, аналогична нагрузке на единицу объема, определяемой для аэротенков. В зависимости от вида загру­жаемых осадков и их характеристик по влажности и зольности, величина Дбз колеблется в широких пределах: для мезофиль-ного режима сбраживания от 1,5 до б кг/(м 3 -сут), а для термо­фильного- от 2,5 до 12 кг/(м 3 -сут).

В процессе сбраживания от 35 до 55% органического ве­щества распадается с выделением продуктов в газ и иловую воду. По современным представлениям газы брожения продуци­руют только жиро-, белково- и углеводоподобные соединения. При распаде остальных органических компонентов осадков про­дукты распада переходят в растворенную фазу, т. е. в иловую во­ду. В результате процессов брожения увеличивается влажность и зольность осадков.

Исследованиями установлено, что больше всего газа обра­зуется при сбраживании жироподобных веществ, меньше все­го - при распаде белковоподобных. Количественная оценка по выходу газа получена из следующих соображений. При сбра­живании, например, жироподобных соединений (ж) выделя­ется 1250 мл газов с 1 г распавшихся веществ. В составе газов находится 68% метана и 32% углекислоты. Плотность газа указанного состава составляет 1,05 г/л. Следовательно, при распаде 1 г жироподобных веществ выделяется газов (по мас­се): 1,25-1,05=1,31 г/г. Превышение массы образовавшихся газов над массой исходного вещества объясняется участием воды в реакциях брожения. Далее было установлено, что био­химическим путем жироподобные вещества не могут быть сбро­жены полностью (на 100%). Существует своеобразный предел сбраживания, по достижении которого дальнейший распад ве­щества, если он и имеет место, не сопровождается выходом газа. Для жироподобных соединений этот предел определяется равным 70%- Таким образом, при распаде 1 г загружаемых в метантенк жироподобных веществ максимально может обра­зоваться газов 1,31-0,7=0,92 г/г. Для углеводоподобных ве­ществ у найдено, что с 1 г может быть получено 790 мл газов со­става 50% СН 4 и 50% СОг с плотностью этой смеси 1,25 г/л. Найдено, что предел сбраживания углеводоподобных веществ составляет 62,5%, а следовательно, при распаде 1 г этих ве­ществ может образоваться 0,62 г газов. При сбраживании белковоподобных веществ б выход газов составляет 704 мл/г. Со­став газов: 71% СН 4 и 29% СОг с ПЛОТНОСТЬЮ газов 1,01 г/л. Предел сбраживания составляет 48%- lit них данных следует, что с 1 г загруженных белковоподобных веществ может быть получено 0,34 г газов.

Поскольку никакие другие органические компоненты газов не образуют, то, зная содержание газообразующих компонен­тов, нетрудно подсчитать теоретически ожидаемый максималь­но возможный ВЫХОД газа, или предел сбраживания

а = 0,92ж + 0,62у -f 0,346,

где ж, у и б длим в граммах на 1 г массы загружаемого осадка.

При эксплуатации метантенков химический анализ осадков на содержание газообразующих компонентов, а также фосфа­тов, СПАВ, азота общего выполняют обычно 1 раз в квартал (реже 1 раз в месяц). Анализ делают из средних проб, наби­раемых за период исследования. Используют высушенные осад­ки, остающиеся после определения влажности.

Учет количества газов брожения производится непрерывно использованием приборов автоматической регистрации. Хи­мический анализ состава газов выполняют 1 раз в декаду или В месяц. Определяют СН 4 , Н 2 , С0 2 , N 2 , 0 2 и др. Если процесс проходит устойчиво, то содержание Н 2 - продукта первой фа-ti.i брожения - не должно превышать 2%, содержание С0 2 должно быть не более 30-35%. При этом кислород должен отсутствовать, так как указанный процесс строго анаэробный. Присутствие кислорода обнаруживается только из-за несоблю­дения полной изоляции от атмосферного воздуха приборов, при­меняемых для анализа. Количество метана обычно составляет 60-65%, азота - не более 1-2%. Если обычные соотношения в составе газов изменяются, то причины следует искать в на­рушении режима брожения.

Глубокие и длительные изменения в составе газов, выра­жающиеся в уменьшении процентного содержания метана и увеличении содержания углекислоты, могут быть свидетельст­вом «закисания» метантенка, что обязательно отразится и на химическом составе иловой воды. В ней в большом количестве появятся продукты кислой фазы, в частности НЖК, при одно­временном снижении щелочности иловой воды, определяемой, кроме, НЖК, содержанием карбонатных и гидрокарбонатных

соединений.

При устойчивом режиме брожения содержание НЖК в ило­вой воде находится на уровне 5-15 мг-экв/л, а величина ще­лочности - 70-90 мг-экв/л. Сумма всех органических кислот определяется через эквивалент уксусной кислоты, а щелоч­ность - через эквивалент гидрокарбонат-иона.

Химический состав иловой воды определяют 1-3 раза в не­делю (по графику определения влажности осадков). В иловой воде, кроме того, определяют содержание азота аммонийных солей, появляющегося вследствие распада белковых компонен­тов. При нормальной работе метантенка концентрация азота аммонийных солей в иловой воде составляет от 500 до 800 мг/л. По данным анализов и замеров делают ряд расчетов, в ре­зультате которых определяют Д и Дъ 3 , процент распада без­зольного вещества осадков Pq 3 (учтенный по изменению влаж­ности и зольности), а также по выходу газа Р г, выход газа с 1 кг загруженного сухого вещества и 1 кг сброженного без­зольного вещества и расход пара на 1 м 3 осадка.

3. В зависимости от схемы и состава сооружений очистной станции на обезвоживание и сушку могут быть поданы осадок из первичных отстойников и активный ил - раздельно или в смеси, сырыми или сброженными. Все указанные разновидно­сти осадков резко отличаются друг от друга по качеству- со­держанию воды, химическому составу, физическим свойствам. В процессе обезвоживания и сушки удаление влаги проис­ходит в результате последовательного разрушения связей воды с твердой фазой с последующим механическим разделением двух фаз-тв.ердой и жидкой. Всю содержащуюся в осадках влагу подразделяют (по классификации П. А. Ребиндера) на следующие категории в зависимости от форм и энергии связей двух фаз: избыточная, осмотическая, вода макропор (удельное сопротивление г>10 _5 см), иммобилизованная (захваченная) структурой, вода микропор (г^10 _б см), адсорбционная.

При уплотнении в обычных уплотнителях (под действием сил гравитации) из осадков может быть удалена только избы­точная влага. Количество избыточной влаги, например в ак­тивном иле, составляет до 3% и удаление этой влаги соответст­вует изменению влажности от 99,5 до 96,5%. Путем вакуум-фильтрации кроме избыточной удаляется осмотическая вода и во­да макропор. После вакуум-фильтрации осадки имеют влажность от 75 до 85%, и, следовательно, в осадках находится воды ос­мотической и воды макропор примерно от 10 до 20%. Центри­фугированием с помощью мощных центрифуг с большим чис­лом оборотов можно удалить дополнительно воду, иммобили­зованную структурой. Воды этого вида в осадках немного (порядка 1-2%). Термической сушкой в условиях высоких температур может быть удалена практически вся остальная влага.

Количественное соотношение воды различных форм связи в осадках разных видов неодинаково, а потому и неодинаков тот результат, который достигается применением одного и того же способа обработки для разных осадков. Характеристика ко­личественного распределения воды разных форм связи может быть получена путем специального исследования при сушке образца осадка в изотермическом режиме.

Термографическое исследование образцов пока еще не выш­ло из стадии научного эксперимента, но именно этот метод наи­более перспективен для характеристики гидродинамических и физико-химических свойств осадков, что необходимо для даль­нейшего развития теории процессов обезвоживания и сушки. В настоящее время в качестве одной из основных характе­ристик способности осадков отдавать влагу принимают удель­ное сопротивление фильтрации. Эта величина представляет собой гидродинамическое сопротивление, которое оказывает потоку фильтрата равномерный слой осадка с массой, равной единице, на площади фильтра, также равной единице. Величи­на эта измеряется в см/г. Фильтрация в этом случае должна проходить под вакуумом строго заданной величины.

Чем выше удельное сопротивление, тем труднее осадки от­дают влагу и тем хуже обезвоживаются как в естественных ус­ловиях, так и в различных аппаратах.

Фильтруемость осадков можно улучшить путем промывки очищенной водой, реагентной и тепловой обработки или про­мораживании.

Первый вариант площадок принимается при хорошо фильт­рующих грунтах и при глубоком залегании грунтовой воды. Профильтрованная через слой почвы иловая вода попадает в поток грунтовых вод. Отфильтровывается вода избыточная, а если осадок подвергался промораживанию или длительному воздействию солнечных лучей, то удаляется некоторая часть более прочно связанной воды. Основная же часть влаги на та­ких площадках удаляется из осадка путем испарения.

Осадки, высушенные в естественных условиях, могут иметь влажность 70-80%. Продолжительность сушки зависит от ви­да обрабатываемого осадка, гидрогеологических и климатиче­ских условий, выполнения эксплуатационных требований и т. п. и колеблется от 1 года до 5 лет.

Контроль за процессом сушки проводят путем определения влажности проб осадков, отобранных в нескольких местах площадки и с разных глубин. Кроме того, ведется санитарно-оактсриологический контроль с определением бактерий кишеч­ной палочки и яиц гельминтов. Осадок вывозят на сельскохо­зяйственные поля только после получения удовлетворительного результата санитарного анализа.

При использовании иловых площадок с поверхностным от­водом воды кроме определений, указанных выше для твердой фа 1Ы, периодически контролируют качество иловой воды, передаваемой на повторную обработку. Если эта вода попадает в головные сооружения очистных станций, то она анализиру­ется точно так же, как и вода, поступающая на станцию с объ­екта канализования.

Контроль работы площадок-уплотнителей проводится ана­логично контролю иловых площадок с поверхностным отводом воды.

Обезвоживание на вакуум-фильтрах включает кроме основ­ной операции ряд предварительных: промывку осадков очищен­ной водой (для сброженных осадков), уплотнение в отстойни­ках, смешение с реагентами. Контролируются как основная, так и все дополнительные операции.

Количество промывной воды, в качестве которой использу­ют очищенную воду из вторичных отстойников, назначают ис­ходя из величины удельного сопротивления (по рекомендациям СНиП П-32-74). Если удельное сопротивление не измеряют, то принимают соотношение количеств промывной воды и осадка от 2:1 до 4:1. После интенсивного перемешивания, в результате чего из осадка в воду переходят растворенные и коллоидные вещества, а также мелкая взвесь, смесь промывной воды с осадком подается в уплотнитель. Отмытый осадок после уплот­нения в течение 12-18 ч имеет влажность 94-96%; сливная вода с концентрацией взвешенных веществ 1 -1,5 г/л и БПКполн, равной 0,6-0,9 г/л, перекачивается в систему сооружений по очи­стке сточной воды. Оценка качества сливной воды производится по набору показателей и по графику проведения анализов, анало­гичным указанным выше для сточной воды, поступающей на очи­стную станцию с объекта канализования. Определение влажно­сти уплотненного осадка проводится 1-3 раза в сутки с целью более точного дозирования реагентов.

В системе реагентного хозяйства контролируют качество растворов реагентов (хлорного железа и извести) по концент­рации в них активного агента. Тщательный контроль растворов реагентов необходим, так как их избыток не улучшает фильт-руемости осадков, в то же время перерасход дефицитных ве­ществ влечет за собой необоснованное удорожание стоимости эксплуатации.

Работа вакуум-фильтра оценивается величиной производи­тельности аппарата-количеством осадка по сухому веществу, снятым с 1 м 2 поверхности фильтра за 1 ч, для чего периоди­чески определяют влажность кека. Качество и количество* фильтрата учитывают с целью более полного анализа работы отстойника-уплотнителя, куда его передают для интенсифика­ции процессов уплотнения сброженного осадка. Периодически и при необходимости выполняют санитарно-бактериологиче-ский анализ сброженных осадков.

В технологическом отчете о работе вакуум-фильтров указыва­ют также основные технические данные по каждому фильтру скорость вращения барабана, величину вакуума, вид и частоту обработки ткани и др.

Обезвоживание на центрифугах применяется на станциях малой и средней производительности.

Характеристика работы этого аппарата включает оценку его производительности по объему переработанного осадка, от­несенному к единице времени (обычно 1 ч), эффективности за­держания сухого вещества, влажности кека и качеству фугата. При центрифугировании, так же как при вакуум-фильтрации, проводят санитарно-бактериологическую оценку осадков.

Кроме технологических характеристик в отчете о работе центрифуг обязательно указываются технические данные аппа­рата - скорость вращения, диаметр входного и сливного патруб­ков и т. п.

Термическая сушка осадков. Наиболее освоенной в эксплу­атации является сушилка барабанного типа, однако в перспек­тиве, по-видимому, большее распространение будут иметь су­шилки фонтанирующего типа (со встречными струями, взве­шенным слоем осадка и т.п.).

Производительность сушилок определяется по массе испа­ряемой влаги в единицу времени из расчета на единицу объ­ема аппарата. Чтобы рассчитать величину производительности, необходимо измерять влажность осадков до и после сушки, что и выполняется не менее 1 раза в сутки. При оценке работы сушилок подсчитывают также затраты тепла на испарение вла­ги, фиксируют температуру топочных газов на входе в сушил­ку и на выходе из нее.

Сушилки фонтанирующего типа часто работают с так на­зываемым «ретуром»-использованием части уже высушенно­го осадка, который подмешивают к осадку, поступающему на сушку. Этот прием используют для уменьшения начальной вла­жности смеси и придания ей свойства сыпучести. При подсче­те производительности сушилки количество и качество ретура учитывается обязательно.

В ходе очистки сточных вод образуются осадки, которые представляют опасность в санитарном отношении. Их необходимо обрабатывать и/или утилизировать. Обработка осадков сточных вод производится следующими методами:

1. Стабилизация;
2. Уплотнение;
3. Кондиционирование;
4. Обезвоживание;
5. Деструкция;
6. Утилизация.

Выбор метода обработки зависит от вида и свойств осадков. По происхождению осадки можно классифицировать на:
1. Первичные:
1.1. грубые (образуются на решетках и ситах; влажность – 80%);
1.2. тяжелые (на песколовках; влажность – 60%);
1.3. плавающие (на отстойниках; влажность – 60%);
1.4. сырые (на первичных отстойниках и осветлителях; влажность около 93-95%);
2. Вторичные:
2.1. сырые (на вторичных отстойниках; влажность около 99,2-99,7%);
2.2. сброженные (на сооружениях стабилизации осадка; влажность - 97%);
2.3. уплотненные (на илоуплотнителях и осадкауплотнителях; влажность – 90-96 %%);
2.4. обезвоженные (на сооружениях обезвоживания; влажность – 68-75%);
2.5. сухие (после сушилок).

Так же осадки делят по степени опасности, токсичности:

1. Малоопасные;
2. Умеренно опасные;
3. Высоко опасные;
4. Чрезвычайно опасные.

Уплотнение и стабилизация осадков сточных вод

Уплотнение осадков сточных вод – это уменьшение их объема. Обычно применяется перед обезвоживанием. Может осуществляться на илоуплотнитеях (уплотнение активного ила) и осадкоуплотнители (уплотнение смеси из активного ила и сырого осадка, который образуется в первичных отстойников). Конструктивно уплотнители бывают двух видов: радиальные и вертикальные. Так же для уплотнения осадков применяют флотаторы (перед метантенками или тепловой обработкой).

Стабилизация осадков сточных вод бывает двух видов:
1. Анаэробная:
1.1. Метантенки (фирмы производители: R.Lach GmbH, KRESTA);
1.2. Септики (для отдельных зданий, без доступа к опщесплавной канализации) после которых вода обеззараживается и вывозится на полигон; (фирмы производители: GRAF, АВГУСТ-ЭКО, Akyop; УП «Полимерконструкция»).
1.3. Двухъярусные отстойники (при производительности до 10000 м3/сут; ;
1.4. Осветлители-перегниватели.
2. Аэробная:
2.1. Коридорный аэротенк;
2.2. Аэротенк продленной аэрации;
2.3. Аэротенк-вытеснитель.

Кондиционирование осадков сточных вод – обработка, которая улучшает их водоотдающие свойств, в результате которой увеличивается эффект последующего механического обезвоживания.
Способы кондиционирования:
1. Реагентные:
1.1 Коагуляция (соли железа, алюминия, известь);
1.2 Нейтрализация;
2. Тепловая обработка;
3. Оттаивание;

Обезвоживание осадков сточных вод — выделение из них влажной части, для максимальной просушки, осуществляется на:

1. Вакуум-фильтрах (фирмы-производители: Koch Industries, Игл Групп);
2. Виброфильтры;
3. Фильтр-прессы (Экотон);
4. Центрифуги (фирмы-производители Humbolt, Flottweq, Alfa, Laval);
5. Барабанные сушилки;
6. Сепараторы;
7. Сушилки со встречными струями;
8. Вакуум-сушильные установки;
9. Иловые площадки.

Деструкция осадков сточных вод осуществляется способами:

• «Мокрое» окисление;
• Сжигание;
• Пиролиз;
• Газофикация.

После обработки большинство осадков вывозится на полигон. Но не опасные в санитарном отношении осадки можно использовать, например для посадки леса или посыпки дороги зимой (осадок из песколовок). Раньше осадок из вторичных отстойников после обработки использовался в качестве удобрения для растений.

ОБРАБОТКА ОСАДКОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

1 Состав и свойства осадков

Условно осадки можно разделить на три основные категории

− минеральные осадки,

− органические осадки с зольностью менее 10%;

− смешанные с зольностью от 10 до 60%.

Кроме того, все осадки делятся на инертные и токсичные, а также на стабильные и нестабильные (загнивающие). Наиболее просто обрабатываются осадки, содержание неорганические вещества, а содержащиеся в их ценные компоненты − рекуперируются. Осадки второй и третьей группы весьма разнообразны по составу и свойствам. В связи с этим для их обработки используются различные технологические схемы.

Основные задачи современной технологии состоят в уменьшении их объёма и в последующем превращении в безвредный продукт, не вызывающий загрязнения окружающей среды .

Рассмотрим классификацию осадков, предложенную. Он указывает, что «осадки − это суспензии, выделяемые из СВ в процессе их механической, биологической и физико-химической (реагентной) очистки», и приводит следующую классификацию:

− грубые примеси (отбросы), задерживаемые решетками;

− тяжелые примеси (песок);

− плавающие примеси (жировые вещества), всплывающие в отстойниках;

− сырой осадок суспензия, включающая, в основном, оседающие взвешенные вещества, которые задерживаются первичными отстойниками;

− активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках, − комплекс микроорганизмов коллоидного типа с адсорбированными и частично окисленными загрязнениями, извлеченными из СВ в процессе биологической очистки;

− осадок, анаэробно сброженный в осветлителях-перегнивателях, двухъярусных отстойниках и метантенках;

− аэробно стабилизированный активный ил или его смесь с осадком из первичных отстойников в сооружениях типа аэротенков;

− сгущенный активный ил в сепараторах;

− уплотненный активный ил в уплотнителях и др. аппаратах.

Осадки и шламы производственных СВ состоят в основном из неорганических веществ.

Основная часть осадка из первичных отстойников (60-70%) и активного ила (70-75%) – это органические вещества. Велика бактериальная загрязненность этих осадков. В них встречаются все основные формы бактериальных организмов: кокки, палочки, спириллы, возбудители желудочно-кишечных заболеваний, яйца гельминтов.

Химический состав сухого вещества осадков колеблется в широких пределах. Сухое вещество сырых осадков имеет следующий элементный состав (% масс.): углерод − 35,0-88,0; водород − 5,0-9,0; сера − 0,2-2,7; азот − 1,8-8,0; кислород − 7,6-35,0. Сухое вещество активного ила содержит (% мас.): углерод − 44,0-76,0; водород − 5,0-8,2; сера − 0,9-2,7; азот − 3,3-10,0; кислород − 13,0-43,0. В осадках содержатся соединения кремния, алюминия , железа, кальция, магния, калия, натрия, цинка, никеля, хрома и др.

Важная технологическая характеристика осадка – его удельное сопротивление. Удельное сопротивление осадка – это сопротивление единицы массы твердой фазы, отлагающейся на единице площади фильтра при фильтровании под постоянным давлением суспензии, вязкость жидкой фазы которой равна единице. Дана я характеристика определяет водоотдачу осадка. Удельное сопротивление осадков составляет r = 108-1010 м/кг и зависит от гранулометрического и химического состава осадка.

Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щёлочи и некоторые другие вещества, содержащиеся в ПСВ, способствуют интенсификации процесса обезвоживания осадков и снижают расход химических реагентов на их коагуляцию перед обезвоживанием. Масла, жиры, соединения азота, волокнистые вещества, наоборот, являются неблагоприятными компонентами. Окружая частицы осадка, они нарушают процессы уплотнения и коагуляции, а также увеличивают содержание органических веществ в осадке, что сказывается на ухудшении его водоотдачи.

Удельное сопротивление осадка служит исходной величиной при выборе метода обработки осадка и расчете соответствующих сооружений. Необходимо выбирать такие процессы обработки осадков, при которых их удельное сопротивление не увеличивалось бы.

2 Основные процессы, применяемые для обработки осадков производственных СВ

Для обработки и обезвреживания осадков используются различные технологические процессы: уплотнение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание, термическая обработка, утилизация ценных продуктов, ликвидация (рис.1).

Рис. 1 − Типовые процессы, применяемые для обработки осадков производственных сточных вод

Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги. При уплотнении в среднем удаляется 60 % влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза. Для уплотнения активного ила, который имеет влажность 99,2-99,5 % используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы.

Для предотвращения загнивания осадков проводят их стабилизацию, после которой осадки либо захоранивают, либо утилизируют. В процессе стабилизации осадков происходит разрушение биологически разлагаемой части органического вещества на диоксид углерода, метан и воду. Стабилизация осуществляется при помощи микроорганизмов анаэробным сбраживанием, аэробной минерализацией, тепловой обработкой, жидкофазным окислением, введением химических реагентов.

Кондиционирование осадков – это процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией путём снижения удельного сопротивления и улучшения водоотдающих свойств осадков вследствие изменения их структур и форм связи воды.

Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами. При реагентной обработке осадки обрабатывают 10 % раствором коагулянтов (FeSO4, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3 и др.). Вместо коагулянтов можно использовать и флокулянты. К безреагентным методам обработки относятся: тепловая обработка, замораживание с последующим отстаиванием, жидкофазное окисление, электрокоагуляция и радиационное облучение.

Сущность метода тепловой обработки состоит в нагревании осадков до температуры 150-200°С и выдерживании при этой температуре в закрытой ёмкости в течение 0,5-2 ч. В результате такой обработки происходит резкое изменение структуры осадка, около 40 % сухого вещества переходит в раствор, а оставшаяся часть приобретает водоотдающие свойства. Осадок после тепловой обработки быстро уплотняется до влажности 92-94 %, а его объём составляет 20-30 % исходного.

Обезвоживание осадков осуществляют либо механическими, либо термическим методами. Уплотнённый осадок легкообезвоживается на иловых площадках или вакуум-фильтрах , пресс-фильтрах, виброфильтрах и центрифугах. Отделённая на стадии уплотнения вода, вследствие распада органического вещества осадка, содержит большое количество растворённых веществ с ХПК около 104 мгО/дм3. Эта вода обычно возвращается на аэрационные очистные сооружения, что вызывает необходимость увеличения их мощности на 10-15 %.

Термическая сушка является заключительным этапом обезвоживания осадков. Влажность осадков после термической сушки составляет 5-40%. Прошедшие термическую сушку осадки легко транспортируются и утилизируются. Для термичекой сушки используют сушилки различной конструкции.

При переработке инертных осадков используются следующие технологические схемы:

Уплотнение – стабилизация – кондиционирование – обезвоживание – утилизация Уплотнение – стабилизация – утилизация

Для переработки токсичных осадков используются технологические схемы:

Уплотнение – ликвидация

Уплотнение – кондиционирование – обезвоживание – утилизация

Уплотнение – кондиционирование – обезвоживание – ликвидация

3 Уплотнение осадков

Наиболее простым методом уплотнения является гравитационное уплотнение , используя которое уплотняют избыточный активный ил и сброженные осадки. Время уплотнения 4-24 час; влажность осадка после уплотнения 85-97%. Активный ил уплотняют в илоуплотнителях вертикального и радиального типов.

К основным недостаткам рассматриваемого способа уплотнения относятся большая продолжительность процесса, высокая влажность осадков, а также значительный вынос взвешенных веществ их илоуплотнителя. Для уменьшения этих недостатков используют технологические приемы: коагуляцию (добавляют FеCl3), перемешивание при уплотнении, совместное уплотнение различных видов осадков, а также нагревание активного ила до 80-90°С в течение 50-80 минут. Нагревание способствует разрушению гидратной оболочки вокруг частиц и переводу части связанной воды в свободной состояние.

При флотационном способе скорость уплотнения осадка в 10-15 раз больше, чем при гравитационном, а степень уплотнения выше. Кроме того, процесс легко регулируется за счет изменения технологических параметров. Применяют импеллерную, электро - и напорную флотацию, причем последняя получила наиболее широкое распространение. Во флотаторе пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами взвешенных веществ на поверхность, откуда удаляются скребковыми устройствами различного типа, Осадок, выпавший во флотаторе, удаляется скребковым транспортером или винтовым конвейером. Осветленная вода отводится через водослив.

Для центробежного уплотнения осадков используют центрифуги, гидроциклоны и сепараторы.

Под центрифугированием понимают процесс разделения неоднородных систем (эмульсий и суспензий) в поле центробежных сил. Под действием центробежных сил суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается в роторе, а жидкая фаза удаляется из него.

При центрифугировании повышается скорость разделения неоднородных систем в поле центробежных сил по сравнению со скоростью разделения этих систем под действием силы тяжести.

Статьи Рисунки Таблицы

Контроль процессов обработки осадков. Процессы метанового брожения и контроль работы метантенков

из "Контроль качества воды"

Суспензии, вьщеляемые из отработанных и сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической (ре-агентной) очистки, представляют собой осадки.
Свойства осадков целесообразно разделить на характеризующие их природу и структуру, а также обусловливающие их поведение в процессе обезвоживания.
Содержание беззольного вещества выражается в процентах по массе от содержания сухого вещества. Определяется сжиганием при температуре 550-600°С.
В гидрофильных органических осадках этот показатель часто близок к содержанию органических веществ и характеризует содержание азотистых веществ.
Элементарный состав особенно важен для органических осадков, в первую очередь по таким показателям, как содержание углерода и водорода для определения степени стабилизации или установления общей кислотности азота и фосфора для оценки удобрительной ценности осадка тяжелых металлов и др.
Для неорганических осадков часто полезно определять содержание Ре, М, А1, Сг, солей Са (карбонатов и сульфатов) и 81.
Согласно принятым в настоящее время предельно допустимым концентрациям, учитывающим наряду с токсичностью и кумулятивные свойства веществ, наибольшую опасность для здоровья населения представляют кадмий, хром, никель менее опасными являются медь и цинк.
Осадки очистных сооружений гальванических производств, содержащих оксиды тяжелых металлов, относятся к четвертому классу опасности, т.е. к малоопасным веществам.
Формирование осадков с заданными свойствами начинается с выбора тех методов очистки, которые обеспечивают возможность утилизации или безопасного складирования осадков, сокращение затрат на их обезвоживание и сушку.
Кажущуюся вязкость и связанную с ней текучесть осадков можно рассматривать как меру интенсивности сил взаимосвязи между частицами. Она также позволяет оценить тиксотропный характер осадка (способность осадка образовывать гель в состоянии покоя и возвращать текучесть даже при слабом встряхивании). Это свойство очень важно для оценки способности осадка к сбору, транспортированию и перекачиванию.
Иловая суспензия не является ньютоновской жидкостью, поскольку найденное значение вязкости очень относительно и зависит от приложенного напряжения сдвига.
Характер воды, содержащейся в осадке. Эта вода представляет собой сумму свободной воды, которая может быть легко удалена, и связанной, включающей коллоидальную гидратную воду, капиллярную, клеточную и химически связанную воду. Вьщеление связанной воды требует значительных усилий. Например, клеточная вода сепарируется только тепловой обработкой (сушкой или сжиганием).
Приблизительное значение этого соотношения может быть получено термогравиметрически, т.е. построением кривой потери массы образцом уплотненного осадка при постоянной температуре и обработке в соответствующих условиях. Точку, в которой термограмма имеет перелом, можно определить построением зависимости К=Г(.У), где V- скорость сушки, г/мин. У - содержание сухого вещества в образце, % (рис. 2.6).
Соотношение между свободной и связанной водой является решающим фактором в оценке способности осадка к обезвоживанию.
Из рис. 2.6 видно, что первая критическая тока 5 определяет количество воды, способной удаляться из осадка при постоянной скорости сушки (фаза 1), и представляет собой содержание сухого вещества в осадке после потери свободной воды. Далее удаляется связанная вода сначала до точки S2 при линейной связи снижения скорости сушки с ростом содержания сухого вещества (фаза 2), а затем - при более резком уменьшении темпов снижения скорости сушки (фаза 3).
К этим факторам относятся способность к уплотнению удельное сопротивление числовые характеристики сжимаемости осадка под влиянием увеличивающегося давления (сжимаемость осадка) определение максимального процентного содержания сухого вещества в осадке при данном давлении .
Способность к уплотнению определяется из анализа седимен-тационной кривой для осадка. Эту кривую вычерчивают на основании лабораторных исследований в сосуде, оборудованном медленно работающей мешалкой. Кривая характеризует степень разделения массы осадка в сосуде в зависимости от времени пребывания в нем.
Здесь т - продолжительность фильтрования V - объем вьще-ляемого осадка.
Влажность. Этот параметр учитывает изменение состава и свойств осадка в процессе их обработки и складирования.