Сделай Сам Свою Работу на 5

Кондиционирование осадков





Глава 5. ОБРАБОТКА И УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ

СТОЧНЫХ ВОД

Состав и свойства осадков сточных вод

В процессах механической, биологической и физико-хими-ческой очистки сточных вод на очистных сооружениях образуются различного вида осадки, содержащие органические и минеральные компоненты. Объем влажных осадков составляет 2–10% объема очищаемых вод. Содержание сухого вещества в осадках в зависимости от их вида находится в пределах от 0,3 до 7%. В Республике Беларусь образуется около 0,7 млн. т (по абсолютно сухому веществу) осадков в год, в США – 6,5, в Великобритании – 1,1, в Германии – 2,4, во Франции – 0,8, в Японии – 2,8 млн. т.

В зависимости от условий формирования и особенностей отделения различают осадки первичные и вторичные.

Первичные осадки.К ним относят грубодисперсные примеси, которые находятся в твердой фазе и выделены из воды методами механической очистки (седиментация, флотация, фильтрация, осаждение в центробежном поле).

Грубые осадки (отбросы)задерживаются решетками. В состав отбросов входят крупные взвешенные и плавающие примеси, преимущественно органического происхождения: бумага, тряпье, древесина, полимерные материалы и др. Отбросы часто подвергаются дроблению с последующим выпуском их в канал перед решеткой.Переработка отбросов вместе с другими осадками может осуществляться в метантенках, на пиролизных установках либо они направляются на компостирование.



Тяжелые осадки(песок, камни, кирпич, уголь, битое стекло) задерживаются песколовками. Влажность тяжелых осадков составляет около 60%.

Плавающие осадкизадерживаются жироловками или всплывают в отстойниках.

Сырые осадки задерживаются первичными отстойниками. В бытовых сточных водах эти осадки представляют собой студенистую, вязкую суспензию, содержащую до 60–75% органических веществ. Влажность осадков при самотечном удалении после 2-часового отстаивания составляет 95%, при удалении плунжерными насосами – 93–94%.

Вторичные осадки.К ним относят примеси, которые первоначально находились в воде в виде коллоидов, молекул, ионов, но в процессе биологической или физико-химической очистки были переведены в твердую фазу и удалены из сточных вод. Осадок, который образуется после биологической очистки, – избыточный активный ил, после физико-химической очистки – шлам.



Активный ил, задерживаемый вторичными отстойниками после аэротенков, представляет собой хлопьевидную массу бурого цвета, обладающую флокулирующими свойствами. По механическому составу он относится к тонким суспензиям, поскольку на 98% по массе состоит из частиц размерами меньше 1 мм. Активный ил отличается высокой влажностью, которая достигает 99,2–99,7%. Содержание органических веществ в активном иле составляет 70–75%, в том числе: белков – 45–50%, жиров – 15–20%, углеводов – 5–8%. По сравнению с сырым осадком из первичных отстойников активный ил содержит белков вдвое больше, а углеводов в 2,5–3 раза меньше. Сырой активный ил имеет в своем составе патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов. Высокая влажность и химический состав ила обусловливают его способность к самопроизвольному разложению с образованием специфического гнилостного запаха.

Влажность избыточной биопленки, выносимой из биофильтров, после вторичных отстойников составляет 96%.

Шламы при физико-химической очистке выделяются с применением реагентов, адсорбции, ионного обмена, экстракции и других методов и задерживаются отстойниками или другими сооружениями.

Формы связи влаги. Все осадки имеют очень высокую влажность. Условия и степень удаления влаги из осадков определяются их структурой и особенностями распределения воды. Влага в структуре осадка может находиться в свободном состоянии, в физико-меха-нической связи с твердыми частицами, а также в виде физико-хими-чески и химически связанной.



Свободная влага имеет наименьшую энергию связи со структурой осадка и может быть из него удалена механическими методами и естественной сушкой осадков на иловых площадках.

Физико-механически связанная влага – это капиллярная вода, вода смачивания и структурная влага. Физико-механическая связь нарушается при выпаривании и удалении влаги под давлением.

Физико-химической связью удерживается адсорбционная и осмотическая влага.

Химически связанная вода, входящая в состав веществ, не выделяется даже при термической сушке осадков.

Обработка осадков

Обработка осадков проводится с целью получения конечного продукта, наносящего минимальный ущерб окружающей среде или пригодного для утилизации. Эта цель достигается при выполнении трех основных условий:

1) уменьшение объема осадка за счет его уплотнения и обезвоживания;

2) стабилизация, обусловливающая длительное хранение осадков без разложения;

3) обеззараживание, т. е. обеспечение безопасности осадков по санитарно-бактериологическим показателям.

На рис. 37 приведена классификация методов обработки осадков.

Уплотнение осадков

Имеющий высокую влажность избыточный активный ил уплотняют для уменьшения объема. На современных очистных сооружениях устройство илоуплотнителей является обязательным.

Уплотнению могут подвергаться осадок из первичных отстойников, избыточный активный ил, смесь осадка первичных отстойников и избыточного активного ила, осадки и ил после стабилизации. На рис. 38 приведены варианты расположения илоуплотнителей на схеме станции очистки сточных вод с использованием аэротенков.

Рис. 38. Варианты расположения илоуплотнителей:

1 – первичный отстойник; 2 – аэротенк; 3 – вторичный отстойник; 4 – илоуплотнитель; 5 – блок обработки осадков; 6 – осадкоуплотнитель; 7 – преаэратор.

а – сточная вода; б – очищенная вода; в – циркуляционный ил; г – иловая вода; д – уплотненный активный ил; е – первичный осадок; ж – обработанный осадок

В первом варианте (рис. 38, а) избыточный активный ил непрерывно поступает в илоуплотнитель, где отдает основную массу свободной влаги в виде иловой воды, и подается на дальнейшую обработку. Иловая вода содержит значительное количество растворенных органических веществ и возвращается в схему очистки перед аэротенками.

Во втором варианте (рис. 38, б) уплотнению в отдельном илоуплотнителе подвергается осадок из первичных отстойников, что облегчает в последующем совместную обработку осадков. Отделенная вода содержит взвешенные вещества и подается в схему перед первичными отстойниками.

По схеме третьего варианта (рис. 38, в) реализуется совместное уплотнение избыточного активного ила и осадка из первичных отстойников.

Рис. 37. Классификация методов обработки осадков

И, наконец, в четвертом варианте (рис. 38, г) уплотнение осадков осуществляется без илоуплотнителей. Активный ил подается в преаэраторы в объеме, превышающем его избыточное количество, откуда со сточной водой поступает в первичные отстойники. Выносимый из первичных отстойников активный ил компенсирует недостающую часть циркулирующего, подающегося в аэротенки. Таким образом, в преаэраторы отправляется такая часть активного ила, которая превышает его избыточное количество, но позволяет выделить в первичных отстойниках весь избыточный активный ил. По этой схеме получается один вид осадка – смесь сырого осадка и активного ила.

На выбор оптимальной схемы оказывают влияние не только тип илоуплотнителя, но и свойства активного ила, которые зависят от состава сточных вод, степени очистки и др. К примеру, активный ил при неполной биологической очистке уплотняется значительно лучше, чем при полной, а иловая смесь из аэротенков уплотняется быстрее, чем активный ил из вторичных отстойников.

Для уменьшения объема избыточного активного ила наибольшее распространение получило гравитационное илоуплотнение. Используются радиальные и вертикальные илоуплотнители, конструкции которых аналогичны конструкциям первичных отстойников. Наибольшей эффективностью обладают радиальные илоуплотнители с илоскребами. Они имеют меньшую высоту по сравнению с вертикальными, а медленное перемешивание способствует лучшему хлопьеобразованию и осаждению.

Влажность активного ила после гравитационного уплотнения продолжительностью 9–11 ч составляет 97–98%. Смесь осадка из первичных отстойников и активного ила при продолжительности уплотнения 7–10 ч достигает влажности 93–95%. Иловая смесь из аэротенков за 5–8 ч уплотняется до влажности 97%.

Для повышения степени уплотнения и сокращения продолжительности процесса применяют химические реагенты (коагулянты), термообработку осадка (при нагревании разрушаются гидратные оболочки вокруг частиц, часть связанной влаги переходит в свободную), разбавление активного ила очищенной сточной водой.

Флотационное уплотнение рекомендуется для флокулообразующей структуры активного ила, причем концентрация по сухому веществу не должна превышать 6–8 г/л. Избыточный активный ил насыщается воздухом под давлением, равномерно распределяется по сечению флотатора, всплывает и удаляется. Нижняя часть флотатора используется как зона отстаивания для удаления плотных частиц.

При флотационном уплотнении влажность уплотненного осадка составляет 95–97%. Для интенсификации процесса илоуплотнения и понижения влажности выгружаемого осадка в некоторых случаях используют добавление полиэлектролитов.

Флотационное уплотнение осуществляется в 10–15 раз быстрее, чем гравитационное, однако при этом возрастают эксплуатационные затраты.

Стабилизация осадков

Стабилизация первичных и вторичных осадков достигается путем разложения органической части до простых соединений или устойчивых в условиях окружающей среды продуктов. Эффект стабилизации может быть достигнут биологическими (анаэробное сбраживание, аэробная минерализация, компостирование), химическими (реагентная обработка) методами или их комбинацией.

Анаэробная стабилизация.При небольшом количестве осадков применяют септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели, в которых биологический процесс разложения органической массы происходит в условиях окружающей среды.

Септики– комбинированные сооружения, в которых происходит осветление сточной воды и сбраживание выпавшего осадка. Септики применяют при очистке небольших количеств сточных вод (до 25 м3/сут), поступающих от отдельно стоящих зданий. Перегнивший осадок со дна септиков периодически выгружается и вывозится.

Двухъярусные отстойникислужат для осветления сточных вод, уплотнения и сбраживания выпавшего осадка. Они применяются на станциях пропускной способностью до 10 тыс. м3/сут. В верхней части таких отстойников расположены осадочные желоба, по которым протекает сточная вода. Желоба выполняют функции горизонтальных отстойников. Выпавший осадок через нейтральный слой поступает в иловую камеру, где происходит метановое брожение. Процесс протекает при температуре окружающей среды, поэтому для созревания осадка требуется от 60 до 120 дней. Большой объем иловой части является основным недостатком двухъярусных отстойников.

Осветлители-перегниватели – это комбинированные сооружения, в которых внутри перегнивателя концентрически расположен осветлитель с естественной аэрацией. Достоинством таких сооружений является разделение зон осветления и сбраживания, что исключает попадание осадка в очищенную воду.

Метантенки– сооружения, в которых создаются условия для интенсивного анаэробного разложения органического вещества осадков ассоциацией анаэробных микроорганизмов с образованием биогаза (см. гл. 13).

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

При стабилизации только активного ила процесс можно рассматривать как завершающую ступень очистки сточных вод, когда при минимуме растворенных питательных веществ происходит самоокисление клеточного вещества микроорганизмов. В этом случае продолжительность стабилизации ила составляет 2–5 сут и зависит от возраста ила: чем больше возраст ила, тем короче период стабилизации.

При совместной стабилизации избыточного активного ила и осадка первичных отстойников степень распада органического вещества и продолжительность процесса зависят от многих факторов: соотношения количеств сырого осадка и активного ила, концентрации органических веществ, интенсивности аэрации, температуры и др.

Если в мезофильных условиях подвергается стабилизации смесь неуплотненного ила и осадка первичных отстойников, продолжительность процесса составляет 6–7 сут, если ил перед смешиванием уплотнен – 8–12 сут. Содержание патогенных микроорганизмов и вирусов при этом снижается на 70–90%, однако яйца гельминтов не погибают.

Термофильная стабилизация имеет ряд преимуществ перед мезофильной: меньше продолжительность процесса (2 сут), более глубокое разложение органических веществ, улучшение седиментационных и фильтрационных характеристик осадков, гибель патогенных микроорганизмов, яиц гельминтов, семян сорняков. Однако при повышенных температурах снижается растворимость кислорода в воде и необходимый кислородный режим может быть обеспечен только механическими аэраторами, что в 2–3 раза увеличивает энергозатраты.

Аэробную стабилизацию осадков проводят в сооружениях типа аэротенков глубиной 3–5 м, отстаивание и уплотнение – в илоуплотнителях в течение 1,5–5,0 ч. Влажность уплотненного осадка 96,5–98,5%.

Анаэробно-аэробная стабилизация. При сочетании термофильного сбраживания с аэробной минерализацией достигается обеззараживание осадка и хорошие показатели влагоотдачи. Если на анаэробной стадии добиваются глубокого разложения органических веществ, то аэробный реактор рассчитывают только на период времени, необходимый для улучшения водоотдачи стабилизированного осадка.

Компостирование.Процесс компостирования эффективно идет при влажности осадков, не превышающей 60–80%, оптимальное соотношение углерода и азота составляет С : N = (20–30) : 1.

Для создания пористой структуры осадка, достижения требуемой влажности и необходимого соотношения углерода и азота, обеспечивающих проведение процесса в аэробных условиях, осадок смешивают с наполнителем. В качестве разрыхляющей и влагопоглощающей добавки используют древесную муку, опилки, листья, солому, торф и другие подобные компоненты.

В первые 2–3 недели компостирования происходит интенсивное развитие микроорганизмов, температура осадка повышается до 50–80°С, происходит обеззараживание осадка, уменьшение его массы. Далее по мере потребления легкоусвояемых соединений жизнедеятельность микроорганизмов замедляется, температура снижается, развиваются простейшие и членистоногие, материал разрыхляется и постепенно приходит в равновесие с окружающей средой.

Для равномерного прогревания и обеспечения микроорганизмов воздухом в период компостирования требуется 2–3-разовое перемешивание осадка.

В результате процесса получают компост в виде сыпучего материала влажностью 40–50%. Он не имеет запаха, не загнивает.

Реагентная стабилизация. Введение реагентов оказывает в основном бактерицидное действие и не влияет на количество биологически разрушаемых органических веществ. Поэтому реагентная стабилизация может применяться как временная мера в том случае, если в сооружениях для основного процесса проводятся профилактические работы, ремонт, реконструкция.

Из реагентов наиболее часто применяют негашеную и гашеную известь вследствие ее низкой стоимости. Добавление извести приводит к увеличению значения рН и замедлению или временной остановке процессов жизнедеятельности микроорганизмов, в частности, осуществляющих брожение с образованием дурнопахнущих газов. Содержание патогенных микроорганизмов при известковании существенно снижается, однако только при дозе извести 30% от сухого вещества осадка можно добиться практически полного их исчезновения.

Реагентной стабилизации могут подвергаться жидкие или обезвоженные осадки, при этом известкование обезвоженных осадков оказывает более длительный эффект.

Кондиционирование осадков

Осадки, образующиеся на очистных сооружениях, как правило, характеризуются весьма низкими коэффициентами водоотдачи. Для глубокого и быстрого их обезвоживания необходимо изменить структуру осадков таким образом, чтобы увеличить содержание свободной влаги за счет уменьшения доли связанной, например, при укрупнении частиц.

Процессы подготовки осадков к обезвоживанию называют кондиционированием.

Промывкапервая стадия подготовки осадка к обезвоживанию. Промывка применяется только для сброженных осадков, при этом из них удаляются коллоидные частицы и мелкая взвесь. Промывку производят очищенной сточной водой из расчета 2 м3 воды на 1 м3 промываемого осадка. Вода отделяется в илоуплотнителе и направляется в сооружение для очистки воды.

Реагентные методыпредполагают использование коагулянтов и флокулянтов для агрегации коллоидных и мелких нерастворенных частиц осадков.

К недостаткам применения коагулянтов следует отнести их большой массовый расход, высокую коррозионную активность, внесение большого количества балластных веществ. Эти проблемы решаются при использовании флокулянтов.

В Англии, Германии, США применяется тепловая обработка осадков перед их обезвоживанием. Сущность метода заключается в прогревании осадков в реакторе в течение определенного времени при температуре 140–200°С.

В процессе тепловой обработки происходит распад органических веществ, в основном белков, их растворение и переход твердой фазы осадков в жидкую. При этом изменяется структура осадков, их зольность, достигаются улучшение водоотдачи и обезвреживание осадков.

Недостатками тепловой обработки являются: сложность конструкции реактора для прогрева осадка; большие энергетические затраты; высокий уровень загрязненности иловой воды (концентрация взвешенных веществ 2000–6000 г/дм3, значение БПК от 5000 до 10 000 мг/дм3, ХПК от 10 000 до 30 000 мг/дм3). Подача такой воды в начало очистных сооружений приводит к серьезной дополнительной нагрузке.

Замораживание и оттаивание осадковсопровождается изменением их структуры, при этом связанная влага частично переходит в свободную, что приводит к улучшению водоотдачи осадков. Снижение стоимости искусственного замораживания может быть достигнуто за счет уменьшения расхода электроэнергии вследствие рекуперации теплоты, когда оттаивание осадка производится за счет теплоты, выделяемой при замораживании.

Естественное замораживание осадка лучше всего производить на иловых площадках каскадного типа на естественном основании с дренажом и поверхностным удалением талой воды. Объем осадка уменьшается при этом в 5–7 раз.

Обезвоживание осадков

Обезвоживание на иловых площадках.Иловые площадки предназначены для обезвоживания осадков, образующихся на станциях биологической очистки сточных вод. Это одни из первых сооружений для обработки осадков. Их достоинствами являются простота инженерного обеспечения и легкость эксплуатации. По этой причине до настоящего времени, например, в России 90% образующихся осадков обрабатывается на иловых площадках.

Иловые площадки можно разделить на две основные категории: естественного обезвоживания и сушки и интенсивного обезвоживания и сушки.

Площадки естественного обезвоживания и сушки.На таких площадках используются природные процессы испарения и декантации. Это площадки на естественном основании, они проектируются на хорошо фильтрующих грунтах при залегании грунтовых вод на глубине не менее 1,5 м и только тогда, когда допускается фильтрация иловой воды в грунт.

Подсушенный осадок сгребается бульдозерами и отвозится автомашинами, влажность подсушенного осадка 75%.

Наибольшее распространение получили иловые площадки на естественном основании каскадного типа с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды. После слива иловой воды дальнейшее обезвоживание осуществляется путем испарения с поверхности оставшейся влаги.

Существенно ускоряет естественную сушку осадка на иловых площадках процесс ворошения. При этом удаляется растительный покров, разрушается поверхностная корка, что способствует ускоренному подсыханию осадка в летнее время и более глубокому промораживанию в зимнее.

Характерная особенность площадок естественного обезвоживания – их полная зависимость от климатических условий.

Площадки интенсивного обезвоживания и сушки.К этой категории относятся площадки, на которых природные процессы видоизменены и интенсифицированы. Это могут быть площадки с искусственным дренажом, созданием вакуума в дренажной системе, искусственным водонепроницаемым покрытием, подогревом.

Дренажная система иловых площадок обычно включает:

– слой песка высотой 0,15–0,25 м;

– слой гравия высотой 0,20–0,25 м;

– дренажные трубы (керамические, пластмассовые).

Основной проблемой при эксплуатации таких площадок является кольматация дренажа. Она происходит тем быстрее, чем хуже фильтруются осадки, т. е. чем выше в них содержание мелкодисперсных и коллоидных частиц.

За рубежом иловые площадки довольно часто защищают от атмосферных осадков стеклянным покрытием. В условиях холодного и влажного климата это позволяет существенно улучшить работу площадок.

В Дунедине (США, штат Флорида) применяются асфальтированные иловые площадки с центральным дренажом и подогревом. Тепловая энергия, получаемая при сжигании биогаза, используется для нагрева воды, которая циркулирует в трубах, расположенных в заасфальтированной части площадок. Время подсушки осадка на таких площадках составляет в среднем 5 сут.

Механическое обезвоживание осадков.Основными недостатками обезвоживания осадков на иловых площадках является большая площадь занимаемых земельных участков, которых вблизи городов ощущается дефицит, и создание неблагоприятной экологической обстановки вблизи площадок.

Оптимальным методом переработки осадков на сегодняшний день является механическое обезвоживание на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах. Производительность фильтров и влажность кека при обезвоживании осадков городских сточных вод приведены в табл. 11.

Обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах. Поскольку осадки сточных вод вследствие своей структуры способны быстро заиливать фильтровальную ткань, эффективно применение барабанных вакуум-фильтров со сходящим полотном, в которых непрерывно производится регенерация фильтровальной ткани.

Для предотвращения кольматации фильтровальной ткани и получения высокого качества фильтрата используют вспомогательные вещества, которые в виде тонкого слоя намывают на фильтровальную ткань. Производительность фильтра при этом возрастает в 3–4 раза. В качестве вспомогательного вещества рекомендуются зола, перлит, диатомит и др.

Таблица 11. Производительность фильтров и влажность кека

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.