В процессе очистки сточных вод образуются осадки, объем которых может достигать 10-25 % объема сбрасываемых вод. Осадки образуются в первичных отстойниках при механической очистке, во вторичных отстойниках после биофильтров, из которых вымывается биопленка, а также после аэротенков, из которых непрерывно выносится активный ил. На предприятиях пищевой промышленности образуются осадки преимущественно органического состава, основными компонентами которых являются углеводы, белки, жироподобные вещества. Осадки имеют высокую влажность (92-99 %), кроме того, они насыщены различными микроорганизмами, что представляет опасность в санитарном отношении.

Сырые осадки трудно транспортировать, нельзя использовать в качестве удобрения или для других целей, поэтому они подлежат обработке. К основным способам предварительной обработки утилизируемых осадков относятся: уплотнение, стабилизация, обезвоживание, обеззараживание.

Уплотнение осадков проводят в основном гравитационным методом в вертикальных или радиальных уплотнителях, в которых влажность осадков снижается до 85-92% после 4-24 ч пребывания в аппаратах.

Более эффективным методом уплотнения является флотационный . Степень уплотнения осадков во флотационных уплотнителях в 5-10 раз выше по сравнению с гравитационными уплотнителями.

Стабилизацию осадков проводят путем их анаэробного сбраживания в метантенках или аэробной минерализации в аэротенках-стабилизаторах.

Метантенк (рис. 38) представляет собой герметичный резервуар периодического действия, в который закачивают осадки преимущественно органического состава. Обычно в метантенки подают смесь сырого осадка из первичных отстойников и уплотненного активного ила и биопленки из вторичных отстойников.

Для ускорения процессов брожения используют подогрев осадка острым паром до температуры 33 С (мезофильный режим) или до 53 С (термофильный режим). Режим подогрева выбирают с учетом санитарных требований и методов последующей обработки и утилизации осадка. В результате сбраживания, протекающего с участием анаэробных микроорганизмов, происходит распад органических веществ осадка, уменьшение его объема и влажности. При этом на 1 м 3 загруженного осадка образуется около 10 м 3 горючей газовой смеси, состоящей из метана (63-64 %), диоксида углерода (32-33 %) и азота (3-5 %). Образование метана обусловлено распадом белков и жиров, а диоксида углерода – разложением углеводов. Образующаяся горючая смесь может быть использована в качестве топлива.

Рис. 19. Схема метантенка:

1 – трубопровод для подачи осадка; 2 – трубопроводы для выпуска сброженного осадка; 3 – устройство для выпуска газа; 4 – устройства для перемешивания бродящей массы осадка; 5 – трубопровод для подводатеплоносителя

Одним из важных факторов, обусловливающих нормальное брожение в метантенке, является активная реакция среды рН, которая должна быть в пределах 7,2-7,6. При рН ниже 7 начинается вспенивание осадка, появляется сероводород, снижается выход метана, что замедляет процесс распада осадка.

На скорость и величину газообразования, помимо рН среды, влияет температура, состав и доза осадка.

Эмпирическая формула, выражающая зависимость между величинами газоотдачи и дозой загрузки, представлена в следующем виде:

где q – количество газа, выделяющегося на 1 м 3 загруженного осадка, м 3 ;

а – эмпирический коэффициент, зависящий от процентного содержания жира в осадке (а = 32,5-42,5 при содержании жира от 15,5 до 25,0%);

К – доза загрузки осадка в процентах от рабочего объема метантенка (К = 8-15% в зависимости от режима брожения).

Метан, образующийся при сбраживании осадка, можно использовать качестве топлива в котельных установках, а диоксид углерода – для получения жидкой углекислоты. Для удаления газа из метантенков устраивают специальную газовую сеть.

Аэробную минерализацию осадков производят путем их длительного аэрирования в специальных сооружениях – аэротенках-стабилизаторах, где происходит окисление органических примесей и самоокисление биомассы. Продолжительность стабилизационной обработки составляет 8-10 суток, в результате чего концентрация органических веществ в осадке снижается на 25-40%, количество бактерий – на 95-98%.

Обезвоживание осадков проводят с целью снижения их влажности путем подсушивания на иловых площадках или с применением фильтр-прессов, вакуум-фильтров и других устройств.

Иловые площадки представляют собой спланированные площадки земли (карты), окруженные со всех сторон земляными валами, по которым проложены лотки для подвода осадка. Площадки имеют естественное или искусственное дренирующее основание. Сырой или сброженный осадок периодически подают на карты слоями толщиной 0,20-0,25 м в летнее время и 0,5 м в зимнее. Часть влаги теряется за счет испарения, часть фильтруется через грунт, в результате чего влажность осадка снижается до 75-80 %, объем уменьшается в 3-5 раз. Нагрузка на 1 м 2 основания иловых площадок составляет 2,0-3,5 м 3 /год осадка при толщине слоя одноразового выпуска не более 0,5 м.

Полезную площадь иловых площадок определяют по формуле:

где V ос – объем осадка, подаваемого на иловые площадки, м 3 /год;

К – нагрузка, т.е. количество осадка в м 3 , приходящегося на 1 м 2

площади в год.

Более эффективным является обезвоживание осадков в специальных устройствах, из которых наиболее простыми и надежными в эксплуатации являются ленточные фильтр-прессы .

Горизонтальный ленточный фильтр-пресс (рис. 38)состоит из нижней горизонтальной фильтрующей ленты и верхней прижимной ленты. Отжим и фильтрование осадка происходит в пространстве между этими лентами. Обезвоженный осадок срезается ножом и сбрасывается на транспортер. Фильтрованием на фильтр-прессах удаляют до 98 % связанной в осадках воды.

Высушенные осадки можно использовать как топливо или удобрение.

Рис. 38 Схема горизонтального ленточного фильтра:

1 – подача осадков; 2 – прижимная лента; 3 – устройство для снятия обезвоженного осадка; 4 – резервуар для осадка; 5 – подача промывной воды; 6 – отвод промывной воды; 7 – фильтрат; 8 – фильтрующая лента.

Метод сжигания осадков применяют в том случае, если они содержат токсичные примеси или их утилизация нецелесообразна.

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.

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.

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.

При проведении процессов очистки сточных вод происходит образование различных осадков. Они содержат большое количество элементов и веществ, которые при грамотном использовании, могут нести существенную пользу. Но перед продуктивным применением, осадки нужно привести в подходящее качественное состояние. Для решения этой задачи применяются различные мероприятия подготовки и обработки.

Утилизация осадка сточных вод необходимо для экологической безопасности

После того как проведена качественная обработка осадка, его свойства приведены к нужным параметрам, он может быть утилизирован. Обработка и утилизация осадков сточных вод имеет существенное значение для экологии и требует детального рассмотрения.

Осадки стоков: что это такое?

В канализационных системах скапливаются жидкие стоки с содержанием твёрдых загрязнителей и нейтральных веществ. Их концентрация может достигать 10% от общего объёма. Все сточные воды, независимо от источника происхождения (система водоснабжения, производство и т. д.) и степени загрязнения, должны проходить процедуру удаления загрязнений. Перед выводом в окружающую среду они должны быть очищены на 95-98%. Во время проведения различных процессов удаления загрязнений образуются осадки.

Осадки сточных вод (ОСВ) – твёрдые вещества и элементы, возникающие во время отстаивания и очистки в накопителях, отстойниках, аэротенках, метатенках, других резервуарах удаления загрязнений сточных жидкостей.

В процессе удаления загрязнений образуются осадки общим объёмом от 0,5 до 10% от начального количества поступивших жидких веществ.

В зависимости от концентрации структурных соединений выделяются три основных вида осадочных образований: с преимущественно минеральным составом, с преобладанием органических составляющих, комплексные.

ОСВ подразделяются на шесть групп, в зависимости от источника поступления:

крупные твёрдые осадки, выбранные решётками;
элементы, отложившиеся в песколовках;
тяжёлые отходы из резервуаров первичного отстаивания;
донные отложения из резервуаров с флокулянтами (вещества, под действием которых в жидкостях образуются рыхлые хлопьевидные агрегаты) и коагулянтами (вещества, вызывающие в жидкостях сгущение, слипание в крупные структуры твёрдых веществ);
отработанный ил из аэротенков;
отработанная плёнка из биофильтров.

ОСВ из решёток, песколовок и первичных отстойников имеют неизменённую структуры. Отложения из остальных блоков очистки имеют изменённую структуру и состав в результате воздействия и обработки биологическими и химическими реагентами.

Два основных направления использования осадков стоков:

Применение в качестве органоминеральных удобрений.
Как сырьевой элемент для выработки тепла при сжигании.

Второстепенными направлениями современного применения осадочных элементов являются:

шлак и зола от сжигания осв служат составным элементом при производстве многочисленных наименований изделий, предназначенных для строительства;
осадки используются в качестве сорбента (вещества, используемые для избирательного поглощения газов) в канализационных коллекторах;
восстановление участков истощённых земель.

Осадок сточных вод имеет в своем составе тяжелые металлы

Главным недостатком осадков является то, что в их состав входят тяжёлые металлы. Такие осадки эффективно применяются при производстве нескольких видов кирпича и цементных растворов. Добавление осадочных пород с металлами повышает прочность и схватываемость.

ОСВ с тяжёлыми металлами эффективно использовать в качестве удобрений на участках лесоразведения и озеленения городов. Такие растения не применяются в пищу, поэтому содержание металлов не несёт угрозы. Зато редкие элементы влияют на улучшение свойств почв.

При попадании в системы очистки, большая часть отстойных частиц формируется в резервуарах первичного отстаивания. Осадочные элементы также образуются в блоках биологического (воздушного и безвоздушного) удаления загрязняющих элементов.

Отстоенный слой из аэротенков (кислородная очистка) можно применять для повышения полезных характеристик участков за городом и на даче. А вот в метатенках (без воздуха) оседающие вещества слишком токсичны. Они непригодны как средство повышения свойств почв и требуют переработки.

Технологический цикл обработки осадков жидкостей:

Поступление исходных отстоев.
Уплотнение.
Стабилизация: сбраживание или анаэробная обработка.
Обезвоживание: естественная и термическая сушка, фильтрация в вакуумных и вибрационных камерах, центрифугах.
Кондиционирование: реагентная, тепловая, замораживающая, полиэлектролитная, поликоагуляционная обработка.
Ликвидация: сжигание, окисление, концентрация в накопителях, выведение в почвенные пустоты, транспортировка на свалки.
Утилизация: с/х удобрения, производство продукции для строительных целей, сорбентов, выделение и восстановление металлов.

Обработка и стабилизация

Обработка осадков сточных вод включает следующие процедуры:

сгущение: удаляется до 60% всей влаги, объём отстоев уменьшается на 50%;
уплотнение;
стабилизация;
кондиционирование.

Основная цель обработки удаление жидкости и получение шлама (осадок из мельчайших частиц, переработанных загрязнителей). Наиболее распространённый и простой способ обезвоживание – сушка на площадках. Но для того чтобы обрабатывать ОСВ этим методом требуются большие площади земли. Этот метод малоэффективен.

На этапах сгущения и уплотнения происходит выведение всей свободной влаги. Эти методы являются первичными при обработке осадочных элементов.

Методики уплотнения:

вибрационная;
центробежная;
гравитационная;
флотационная;
фильтрационная;
смешанная.

Наиболее простой и дешёвый способ уплотнения, используемый в очистных системах везде – гравитационный. Для его реализации применяются вертикальные и радиальные резервуары отстаивания. Процесс уплотнения занимает от нескольких часов до нескольких суток. Для придания более высоких темпов применяются коагулянты, содержащие хлорное железо, нагретые до температуры в 90 градусов.

При флотационном методе применяются пузырьки воздуха. К ним прилипают различные элементы и поднимаются на поверхность. Образуется плёнка, которую достаточно просто удалить. Метод эффективен и управляем, за счёт простого регулирования количества подаваемого кислорода в жидкость. При центробежном методе применяются циклоны и центрифуги.

В аэротенке происходит стабилизация осадков сточных вод

В септиках, аэротенках, метатенках и определённых типах отстойников происходит стабилизация осадков сточных вод. Под этим наименованием подразумевается процесс расщепления сложно структурных веществ органики на простые составляющие: H2O, CH4, CO2.

После завершения процессов в кислородных и без кислородных условиях, осадок теряет способность к загниванию, то есть стабилизируется. Процесс стабилизации необходим для разрушения компонентов органики стоков.

К методам стабилизации относятся: сушка отработанного ила на специально оборудованных участках, применение осадков в качестве питательных элементов для почвы. На промышленных предприятиях для стабилизации применяется анаэробное разложение органики в аэротенках. Распад и окисление биологических элементов происходит в течение 7-10 суток.

В качестве методов кондиционирования применяются способы: тепловой обработки, последовательного замораживания и оттаивания, электрокоагуляцию, облучение радиоактивным излучением. Кондиционирование нужно для разрушения естественной структуры органики и увеличения показателей отдачи жидкости при проведении других мероприятий.

Этот процесс, применяемый в промышленности с применением реагентов, является дорогостоящей процедурой. На реализацию этой процедуры уходит до 40% всех расходов на обработку осадков. По этой причине активно внедряются другие способы обработки: тепловая, замораживающая, электрокоагуляция.

Ликвидация

Ликвидация производится в случаях, когда невозможно или нерентабельно, с финансовой точки зрения, произвести утилизацию или другие процедуры эффективного их применения. Для ликвидации используются различные методы. Выбор способа зависит от состава отстоев, особенностей перерабатывающего предприятия или очистной станции.

Методы уничтожения:

Сжигание – максимально эффективный способ, быстрого и малозатратного уменьшения объёмов ОСВ с эффективным обеззараживанием.
Регенерация (выделение и восстановление определённых элементов) ОСВ на предприятиях машиностроения.
Сброс жидкостей в накопители и закачка в специальные почвенные пустоты. Эти методы относятся к второстепенным способам ликвидации.
Естественная длительная переработка и хранение осадков на специальных полигонах.

Утилизация

Перед утилизацией, осадки сточных вод проходят процесс компостирования. Под этим понятием подразумеваются процессы естественного биолого-температурного процесса расщепления осадков органики под действием аэробных микроорганизмов.

Целью компостирования является стабилизация, обеззараживание и подготовка веществ к использованию в качестве удобрений на сельскохозяйственных угодьях. Этот процесс сопровождается выделением тепла, которое при грамотном подходе также может эффективно использоваться.

Компостирование отлично справляется с задачами минимизации расхода топлива на обеззараживание и повышение показателей санитарии и гигиены.

Компостирование подразумевает прохождение двух фаз:

Фаза, активного развития микроорганизмов. Длиться от 5 до 20 суток. Процесс сопровождается повышением в среде температуры до 75-80 градусов. Сами осадки обеззараживаются, их объём существенно уменьшается.
Формирование компоста. Сопровождается активным развитием микроорганизмов в температурной среде до 50 градусов.
Продолжительность периода может занять от 15 дней до полугода.

Важнейшим фактором процедуры компостирования является постоянная подача свежего кислорода, для поддержания благоприятной среды развивающихся микроорганизмов. Применяется три основных способа компостирования:

Механическое.
Статическими кучами.
Грядами.

Обязательной процедурой утилизации является обеззараживание стоков. Устранение из ОСВ опасных микроорганизмов, вирусов и бактерий производится различными способами:

Термическим (сжигание, сушка и подогрев).
Химическим (реагенты).
Биотемпературным (получение компоста).
Биологическим (очистка с помощью растений, грибов и микроорганизмов).
Физическим (высокочастотные волны, электрический ток, радиационное излучение, ультразвук, ультрафиолет).

После компостирования и обеззараживания ОСВ используются в сельском хозяйстве в качестве питательных элементов азото-фосфорной направленности. При размещении в земле они минерализуются, и органика преобразуется в соединения пригодные для поглощения растениями.

Полезность тех или иных удобрений из стоков определяется параметрами концентрации биогенных элементов. Наибольшую ценность представляет активный ил. Внесение подготовленного компоста позволяет снизить кислотность почв, повысить содержание питательных компонентов.

Осадки отлично подходят для восстановления поверхностных слоёв земли, истощённых в результате сельскохозяйственной деятельности. Удобрения ОСВ активно применяются при подготовке почв, которые были переведены из промышленного назначения в сельскохозяйственное. Состав компоста активно восстанавливает верхний плодородный слой почв.

Удобрения из ОСВ содержат большое количество минеральных микроэлементов. Каждый из элементов имеет существенное значение для роста и развития сельскохозяйственных культур в различных условиях возделывания. Нужная концентрация этих веществ способствует ускорению процессов развития растений, повышению устойчивости многих видов.

Недостаток приводит к нарушению обменных процессов. Так, медь повышает степень созревания зерновых растений, выращиваемых на болотистых и песчаных местностях. Марганец нужен для активного роста свёклы, кукурузы. Плодовые растения и виноград болезненно реагируют на недостаток железа и цинка. Клеверу, бобам, гороху, овощам необходим доступ борсодержащих удобрений.

Ряд видов переработанных осадков используется в виде кормовых добавок на объектах животноводства. Продукты переработки осадков активно используются как сырьё для производственных процессов и получения тепловой энергии в промышленных масштабах.

Современным и эффективным способом утилизации является пиролиз. Под этим понятием понимается процесс переработки веществ, в состав которых входит углеводород, в специальных условиях (высокотемпературное воздействие, вакуумное пространство без доступа кислорода).

При определённых условиях проведение пиролиза возможно без использования стороннего топлива, так как сухой осадок способен создать нужные термические условия самостоятельно.

В результате пиролиза получается полукокс – рассыпающийся порошок чёрного цвета. Такой полукокс активно используется в различных производственных отраслях. Он эффективен в качестве топлива.

К преимуществам пиролиза, как средства утилизации, стоит отнести следующие факторы:

Отсутствие большого количества золы и низкий уровень загрязнений атмосферы.
Минимальная необходимость потребления топливных ресурсов.
Управляемость процессом.
Эффективность, независимо от поступающих объёмов.
Возможность оборудования пиролизных установок на очистных сооружениях.
Главный недостаток оборудования реакторов для пиролиза – повышенная взрывоопасность. Такие угрозы требуют существенных мер контроля при оборудовании и тщательного противопожарного контроля при эксплуатации.