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.

Обработка и утилизация осадков сточных вод является очень острой проблемой для крупных городов всех высокоразвитых стран. В процессе очистки взвешенные вещества, содержащиеся в сточных водах, выпадают в осадок в сооружениях механической очистки.

Количество сырого осадка напрямую зависит от содержания взвешенных частиц в воде и качества очистки: чем выше качество очистки, тем больше образуется осадка.

На очистных станциях с биологической очисткой, кроме сырого осадка, образуется активный ил, количество которого по сухому веществу может достигать 50% от общего объема осадка.

Перед утилизацией осадок должен подвергаться предварительной обработке.

Цель обработки - уменьшение влажности и объема осадка, неприятного запаха, количества патогенных микроорганизмов (вирусов, бактерий и др.) и вредных веществ; снижение затрат на транспортировку и обеспечение экологически безопасного конечного использования.

Для обработки осадков строят специальные сооружения:

метатенки;

аэробные стабилизаторы,

различные установки для обезвоживания и сушки,

иловые площадки.

Метатенки – это герметически закрытые резервуары, где анаэробные бактерии в термофильных условиях (t о = 30 - 43 о С) сбраживают сырой остаток на первичных и вторичных отстойников. В процессе брожения выделяются газы: CH 4 , водород H 2 , углекислый газ CO 2 , аммиак NH 3 и др., которые могут затем использоваться для различных целей.

Аэробные стабилизаторы – это резервуары, где органическая часть длительное время минерализуется аэробными микроорганизмами при постоянной продувке воздухом. Обработанный осадок складируется на иловых площадках и затем используется как удобрение.

Складируемые осадки, содержащие соли тяжелых металлов, загрязненные патогенной микрофлорой, яйцами гельминтов, вирусами, представляют экологическую опасность и требуют неординарного подхода к режиму размещения и утилизации.

Определенную опасность представляет и миграция вредных веществ в грунтовые воды. Иловые площадки и полигоны сами могут быть источниками выделения вредных веществ в атмосферу. Эмиссия газов происходит также из почв бывших свалок, полигонов и при транспортировке отходов.

Объемы и характер загрязнений атмосферы зависят от параметров технологического процесса обработки осадков и от температурного режима.

При больших объемах осадков используются две категории методов: термическая сушка и сжигание. При термической сушке сохраняются органические вещества, используемые в качестве удобрений. При сжигании осадков органические вещества превращаются в газообразные продукты.

В большинстве стран наблюдается тенденция к увеличению объемов сжигаемых осадков. Главным стимулом является рост цен на землю, что делает освоение новых технологий экономически более выгодным и экологически более эффективным, чем расширение территорий полигонов.

Сжигание осадков

Сжигание осадков применяется, если они не подлежат другим видам обработки и утилизации. 25% образующихся на очистных сооружениях осадков используется в сельском хозяйстве, 50% размещается на полигонах и около 25% сжигается.

В настоящее время очистка сточных вод осуществляется на очистных станциях по классической схеме полной биологической очистки, при которой образуется смесь сырого осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила.

Осадки – это необеззараженная влажная (до 99,7%) масса, содержащая до 70% органических веществ.

Последовательность операций по обработке осадка следующая:

предварительная обработка на решетках;

перемешивание осадка из первичных отстойников с активным илом и процеживание смеси на тонких решетках;

обработка реагентом – флокулянтом и обезвоживание на центр- прессах;

транспортировка обезвоженных осадков к печам сжигания;

сжигание в печах «Пирофлюид» с псевдосжиженным слоем песка.

Сточные воды

Очистные сооружения

осадок

зола

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.

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.

В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются осадки, которые следует утилизировать или обрабатывать с целью уменьшения загрязнения биосферы. Обработка и утилизация этих осадков весьма затруднена из-за большого их количества, разного состава и высокой влажности.

Как правило, осадки сточных вод представляют собой трудно фильтруемые суспензии. Во вторичных отстойниках в осадке находится в основном активный ил, объем которого в 1,5…2 раза больше, чем объем осадка из первичного отстойника. Одной из определяющих величин для выбора метода обработки осадка является его удельное сопротивление (r ). Для осадков сточных вод r изменяется в широких пределах, для сырого ила r = (72…7860) 10 10 см/г.

Вода в осадках может быть в свободном и связанном состоянии. Свободная вода (60…65 %) может быть легко удалена из осадка. Связанная вода (30…35 %) подразделяется на коллоидно-связанную и гигроскопическую. Коллоидно-связанная влага обволакивает твердые частицы гидратной оболочкой и препятствует их соединению в крупные агрегаты. Некоторое количество этой влаги удаляется из осадка после коагуляции в процессе фильтрования.

Методы уплотнения активного ила

Для обработки и обезвреживания осадков используют различные технологические процессы (рис. 4.30). Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении в среднем удаляется 60 % влаги, и масса осадка сокращается в 2,5 раза.

Наиболее трудно уплотняется активный ил. Влажность активного ила составляет 99,2…99,5 %. Взвешенные частицы ила имеют небольшой размер и плотную гидратную оболочку, которая препятствует уплотнению. Уплотнение активного ила сопровождается ростом удельного сопротивления, фильтрования. Для уплотнения используют ила гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы . Гравитационный метод уплотнения является наиболее распространенным. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или радиальные отстойники.

При флотационном методе уплотнения осадков частицы активного ила прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность. Для образования пузырьков воздуха может быть использован метод напорной флотации, вакуум-флотации, электрофлотации и биологической флотации (пузырьки воздуха образуются за счет развития и жизнедеятельности микроорганизмов при подогреве осадка до температуры 35…55 °С).

Стабилизацию осадков проводят для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества на двуокись углерода, метан и воду. Ее ведут при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных условиях проводится сбраживание в септиках, двухярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. Септики и отстойники используют на установках небольшой производительности. Наиболее широкое распространение получили метантенки. Высокая влажность и большое содержание белка в активном иле приводят к низкому выходу газа при анаэробном сбраживании, поэтому в метантенках выгоднее сбраживать один сырой осадок из первичных отстойников, а активный ил подвергать аэробной стабилизации.

Аэробная стабилизация заключается в продолжительном аэрировании ила в аэрационных сооружениях с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. В результате нее происходит распад (окисление) основной части биоразлагаемых органических веществ (до СО 2 , Н 2 О и Н 2). Оставшиеся органические вещества теряют склонность к загниванию, т.е. стабилизируются. Расход кислорода на процесс стабилизации приблизительно равен 0,7 кг на 1 кг органического вещества.

Аэробную стабилизацию можно проводить и для смеси осадков из первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффективность процесса аэробной стабилизации зависит от его продолжительности, интенсивности аэрации, температуры, состава и свойств окисляемого осадка.

Кондиционирование осадко – это процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией.

Его проводят путем снижения удельного сопротивления и улучшения водоотдающих свойств осадков вследствие изменения их структуры и форм связи воды. Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами.

При реагентной обработке осадка происходит коагуляция – процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц. Образование при этом крупных хлопьев с разрывом сольвентных оболочек и изменением форм связи воды способствует изменению структуры осадка и улучшению его водоотдающих свойств. В качестве коагулянтов используют соли железа и алюминия – FeSO 4 и Fe 2 (SO 4) 3 , FeCl 3 , A1 2 (SO 4) 3 , а также известь. Эти соли вводят в осадок в виде 10 %-х растворов. Могут использоваться отходы, содержащие FeCl 3 , FeSO 4 , A1 2 (SO 4) 3 и др.

Осадки, сброженные в термофильных условиях, имеют более высокое удельное сопротивление и требуют при обезвоживании повышенных доз коагулянтов, так как при сбраживании повышается щелочность осадка. Для ее снижения и уменьшения расхода коагулянтов осадки предварительно промывают водой. Промывку проводят в специальной аэрируемой камере.

Вместо коагулянтов можно использовать и флокулянты. Для осадков с высоким содержанием органических веществ (зольность 25…50 %) целесообразно использовать только катионные флокулянты; для осадков с зольностью 55…65 % следует комбинировать катионные и анионные флокулянты, а для осадков с зольностью 65…70 % применять анионные флокулянты. Расход флокулянтов в сравнении с расходом коагулянтов значительно меньше, поэтому, стоимость обработки сокращается примерно на треть.

К безреагентным методам обработки относятся: тепловая обработка, замораживание с последующим отстаиванием, электрокоагуляция и радиационное облучение.

Тепловую обработку ведут нагреванием осадка в автоклавах до температуры 170…200 °С в течение 1 ч. За это время коллоидная структура осадка разрушается, часть его переходит в раствор, а остальная часть хорошо уплотняется и фильтруется на вакуум-фильтрах. В них влажность снижается с 92…94 до 70…75 %. Осадок после термической обработки и обезвоживания может быть использован в качестве азотно-фосфорного удобрения.

Обезвоживание осадков

Осадки обезвоживают на иловых площадках и механическим способом . Иловые площадки – это участки земли (корты), со всех сторон окруженные земляными валами. Если почва хорошо фильтрует воду и грунтовые воды находятся на большой глубине, иловые площадки устраивают на естественных грунтах. При залегании грунтовых вод на глубине до 1,5 м для отвода фильтрата устраивают специальный дренаж из труб, а иногда организуют искусственное основание.

Рабочую глубину площадок выбирают в пределах 0,7…1 м. Площадь иловых площадок зависит от количества и структуры осадка, характера грунта и климатических условий. Иловая вода после уплотнения направляется на очистные сооружения.

Могут быть устроены площадки для осаждения ила и поверхностным удалением воды . Такие площадки можно делать в местах с теплым климатом и для очистных сооружений производительностью более 10 000 м 3 /сут. Их располагают в виде каскада из 4…8 площадок.

Иловые площадки-уплотнители сооружают глубиной до 2, м с одонепроницаемыми стенами и дном. Принцип действия их основан на расслоении осадка при отстаивании. Жидкость удаляется периодически с разных глубин над слоем осадка. Осадок периодически удаляется специальными машинами.

Механическое обезвоживание осадков производят на вакуум-фильтрах, фильтрпрессах, центрифугах и виброфильтрах, с предварительной коагуляцией, флокуляцией.

При термических методах обработки осадков для сушки осадков применяют конвективные сушилки. В качестве сушильного агента используют топочные газы, перегретый пар или горячий воздух, наиболее часто – дымовые газы при температуре 500…800 °С. Применяют сушилки различных конструкциий: многоподовые, барабанные, ленточные, петлевые, с кипящим слоем, распылительные и вакуум-установки.