Controllo dei processi naturali di depurazione delle acque. Metodi di trattamento dei fanghi di depurazione, impianti applicati

maggiore problema ecologico Paesi della CSI - contaminazione del loro territorio con rifiuti. Di particolare interesse sono i rifiuti generati nel processo di trattamento delle acque reflue urbane - fanghi di fognatura e fanghi di depurazione (di seguito denominati SS).

La principale specificità di tali rifiuti è la loro natura bicomponente: il sistema è costituito da componenti organiche e minerali (80 e 20% rispettivamente in rifiuti freschi e fino al 20 e 80% in rifiuti dopo conservazione a lungo termine). La presenza di metalli pesanti nella composizione dei rifiuti ne determina la IV classe di pericolosità. Molto spesso, questi tipi di rifiuti vengono stoccati all'aria aperta e non sono soggetti a ulteriore trattamento.

Per esempio, Ad oggi in Ucraina sono state accumulate più di 0,5 miliardi di tonnellate di WWS, la cui superficie totale di stoccaggio è di circa 50 km 2 nelle aree suburbane e urbane.

L'assenza nella pratica mondiale di metodi efficaci per lo smaltimento di questo tipo di rifiuti e il conseguente aggravamento della situazione ambientale (inquinamento dell'atmosfera e dell'idrosfera, rifiuto di aree destinate a discariche per lo stoccaggio di WWS) indicano l'importanza di trovare nuovi approcci e tecnologie per il coinvolgimento delle WWS nella circolazione economica.

In conformità alla Direttiva del Consiglio 86/278/CEE del 06/12/1986 "Sulla protezione dell'ambiente e in particolare dei suoli durante l'utilizzo dei fanghi di depurazione in agricoltura" nei paesi dell'Unione Europea nel 2005, i WWS sono stati utilizzati come segue: 52% - in agricoltura, 38% - bruciato, 10% - accumulato.

Il tentativo della Russia di trasferire l'esperienza straniera della combustione WWS sul suolo domestico (costruzione di impianti di incenerimento dei rifiuti) si è rivelato inefficace: il volume della fase solida è diminuito solo del 20% rilasciando contemporaneamente una grande quantità di sostanze tossiche gassose e prodotti della combustione nell'aria atmosferica. A questo proposito, in Russia, come in tutti gli altri paesi della CSI, il loro stoccaggio rimane la principale modalità di gestione dei WWS.

SOLUZIONI PROSPETTIVE

In fase di ricerca modi alternativi smaltimento di WWS svolgendo attività teoriche e studi sperimentali e test pilota, abbiamo dimostrato che la soluzione del problema ambientale - l'eliminazione dei volumi di rifiuti accumulati - è possibile attraverso il loro coinvolgimento attivo nella circolazione economica nei seguenti settori:

costruzione della strada(produzione di polvere organo-minerale in luogo di polvere minerale per conglomerati bituminosi);
costruzione(produzione di isolanti in argilla espansa e mattoni ceramici efficaci);
settore agricolo(produzione di alto humus fertilizzante organico) .

L'attuazione sperimentale dei risultati del lavoro è stata effettuata presso numerose imprese in Ucraina:

pavimentazione dell'area di stoccaggio di attrezzature pesanti MD PMK-34 (Lugansk, 2005), tratto della tangenziale intorno a Lugansk (ai picchetti PK220-PK221+50, 2009), pavimentazione della strada. Malyutin in Antracite (2011);

A PROPOSITO

I risultati delle osservazioni delle condizioni e della qualità del manto stradale indicano le sue buone prestazioni, superando gli analoghi tradizionali in una serie di indicatori.

produzione di un lotto pilota di mattoni ceramici leggeri efficaci presso la fabbrica di mattoni di Lugansk n. 33 (2005);
produzione di biohumus basato su WWS negli impianti di trattamento di Luganskvoda LLC.

COMMENTI SULL'INNOVAZIONE DELL'UTILIZZO DI WWS NELLA COSTRUZIONE STRADALE

Analizzando la nostra esperienza accumulata nello smaltimento dei rifiuti nel campo della costruzione di strade, possiamo evidenziare quanto segue: punti positivi:

Il metodo di riciclaggio proposto consente di coinvolgere i rifiuti di grande tonnellaggio nella sfera di grande tonnellaggio produzione industriale;
il trasferimento di WWS dalla categoria dei rifiuti alla categoria delle materie prime determina il loro valore di consumo - i rifiuti acquisiscono un certo valore;
in termini ecologici, i rifiuti della classe di pericolosità IV sono collocati nel fondo stradale, la cui superficie in asfalto-cemento corrisponde alla classe di pericolosità IV;
per la produzione di 1 m 3 di conglomerato bituminoso si possono smaltire fino a 200 kg di WWS secco come analogo della polvere minerale per ottenere un materiale di qualità corrispondente a requisiti normativi al cemento asfaltato;
l'effetto economico del metodo di smaltimento adottato si manifesta sia nel campo della costruzione di strade (riducendo il costo del calcestruzzo di asfalto) che per le imprese Vodokanal (impedire i pagamenti per lo smaltimento dei rifiuti, ecc.);
nella modalità di smaltimento dei rifiuti considerata, gli aspetti tecnici, ambientali ed economici sono coerenti.

Momenti problematici in relazione alla necessità:

cooperazione e coordinamento dei vari dipartimenti;
ampia discussione e approvazione da parte di specialisti del metodo di smaltimento dei rifiuti scelto;
sviluppo e attuazione standard nazionali;
modifiche alla legge ucraina del 05.03.1998 n. 187/98-ВР "Sui rifiuti";
sviluppo di specifiche tecniche di prodotto e certificazione;
modifiche a codici e regolamenti edilizi;
predisposizione di un ricorso al Consiglio dei Ministri e al Ministero della Protezione Ambientale con la richiesta di mettere a punto meccanismi efficaci per l'attuazione dei progetti di smaltimento dei rifiuti.

E infine, un altro punto problematico - non può risolvere questo problema da solo.

COME SEMPLIFICARE I PUNTI ORGANIZZATIVI

Sulla strada per l'uso diffuso del metodo considerato di smaltimento dei rifiuti, sorgono difficoltà organizzative: è necessaria la cooperazione tra vari reparti con visioni diverse dei loro compiti di produzione - servizi pubblici (in questo caso, Vodokanal - il proprietario dei rifiuti) e un organizzazione della costruzione di strade. Allo stesso tempo, hanno inevitabilmente una serie di domande, incl. quelle economiche e legali, come “Ne abbiamo bisogno?”, “È un meccanismo costoso o redditizio?”, “Chi dovrebbe assumersi i rischi e le responsabilità?”

Sfortunatamente, non c'è una comprensione comune che il problema ambientale generale - lo smaltimento dei WWS (essenzialmente rifiuti della società accumulati dai servizi pubblici) - possa essere risolto con l'aiuto dei servizi pubblici nel settore delle costruzioni stradali coinvolgendo tali rifiuti nella riparazione e costruzione di strade pubbliche. Cioè, l'intero processo può essere eseguito all'interno di un dipartimento comunale.

NOTA

Qual è l'interesse di tutti i partecipanti al processo?
1. L'industria delle costruzioni stradali riceve sedimenti sotto forma di un analogo della polvere minerale (uno dei componenti del calcestruzzo di asfalto) a un prezzo molto inferiore al costo della polvere minerale e produce una pavimentazione in calcestruzzo di asfalto di alta qualità a un costo inferiore.
2. Le società di trattamento delle acque reflue smaltiscono i rifiuti accumulati.
3. La società riceve manti stradali di alta qualità ed economici, migliorando al contempo la situazione ambientale nel territorio di residenza.

Tenuto conto del fatto che lo smaltimento delle WWS risolve un importante problema ambientale di importanza nazionale, in questo caso lo Stato dovrebbe essere il partecipante più interessato. Pertanto, sotto gli auspici dello Stato, è necessario sviluppare un quadro giuridico appropriato che soddisfi gli interessi di tutti i partecipanti al processo. Tuttavia, ciò richiederà un certo intervallo di tempo, che in un sistema burocratico può essere piuttosto lungo. Allo stesso tempo, come accennato in precedenza, il problema dell'accumulo di precipitazioni e la possibilità di risolverlo sono direttamente correlati al settore dei servizi pubblici, pertanto deve essere risolto qui, il che ridurrà drasticamente i tempi per tutte le approvazioni, e l'elenco documentazione necessaria restringere agli standard dipartimentali.

VODOKANAL COME PRODUTTORE E CONSUMATORE DI RIFIUTI

La cooperazione delle imprese è sempre necessaria? Consideriamo l'opzione di smaltire i WWS accumulati direttamente dalle imprese Vodokanal nelle loro attività produttive.

NOTA

Imprese Vodokanal dopo il Lavoro di riparazione su reti di gasdotti obbligato ripristinare il fondo stradale danneggiato, cosa che non sempre si fa. Quindi, secondo i risultati della nostra valutazione annuale media approssimativa del volume di tali opere nella regione di Luhansk, questi volumi vanno da 100 a 1000 m 2 dell'area di copertura, a seconda della località. Considerando che la struttura grandi imprese, come Luganskvoda LLC, ne include dozzine insediamenti, la superficie dei rivestimenti restaurati può raggiungere decine di migliaia di metri quadrati, il che richiede centinaia di metri cubi di asfalto cementizio.

La necessità di eliminare i rifiuti, le cui proprietà consentono di ottenere un calcestruzzo di asfalto di alta qualità come risultato del suo smaltimento e, soprattutto, la possibilità del suo utilizzo nella riparazione di superfici stradali disturbate sono i motivi principali per il possibile utilizzo del metodo considerato di smaltimento dei rifiuti da parte delle imprese Vodokanal.

Va notato che le WWS degli impianti di trattamento in vari insediamenti sono simili nel loro impatto positivo sul calcestruzzo di asfalto, nonostante alcune differenze. Composizione chimica.

Per esempio, Il calcestruzzo di asfalto modificato dalle precipitazioni a Luhansk (Luganskvoda LLC), Cherkassy (Azot Production Association) e Kievvodokanal soddisfa i requisiti di DSTU B V.2.7-119-2003 “Miscele di asfalto e calcestruzzo di asfalto per strade e aeroporti. Specifiche" (di seguito - DSTU B V.2.7-119-2003) (Tabella 1).

Discutiamone. 1 m 3 di asfalto ha un peso medio di 2,2 tonnellate Con l'introduzione del 6-8% di sedimento in sostituzione della polvere minerale in 1 m 3 di asfalto si possono smaltire 132-176 kg di rifiuti. Prendiamo un valore medio di 150 kg/m 3 . Quindi, con uno spessore dello strato di 3-5 cm, 1 m 3 di asfalto consente di creare 20-30 m 2 di superficie stradale.

Come sapete, il calcestruzzo dell'asfalto è costituito da pietrisco, sabbia, polvere minerale e bitume. I vodokanal sono i proprietari dei primi tre componenti come depositi tecnogenici artificiali: pietrisco - caricamento sostituibile dei biofiltri; sabbia e sedimenti depositati sono rifiuti provenienti da siti di sabbia e limo (Fig. 1). Per trasformare questi rifiuti in calcestruzzo di asfalto (smaltimento utile), è necessario un solo componente aggiuntivo: il bitume stradale, il cui contenuto è solo il 6-7% della produzione pianificata di calcestruzzo di asfalto.

I rifiuti esistenti (materie prime) e la necessità di eseguire lavori di riparazione e ripristino con la possibilità di utilizzare questi rifiuti sono la base per creare un'impresa o un sito specializzato all'interno della struttura di Vodokanal. Le funzioni di questa unità saranno:

preparazione di componenti in calcestruzzo di asfalto da rifiuti esistenti (fissi);
produzione di conglomerato bituminoso (mobile);
posa della miscela nella carreggiata e sua compattazione (mobile).

L'essenza della tecnologia per preparare la componente di materia prima del calcestruzzo di asfalto - polvere minerale (organo-minerale) a base di WWS - è mostrata in Fig. 2.

Come segue dalla Fig. 2, la materia prima (1) - sedimenti provenienti da discariche con un contenuto di umidità fino al 50% - viene preliminarmente setacciata attraverso un setaccio con una maglia di 5 mm (2) per rimuovere detriti estranei, piante e allentare grumi. La massa setacciata viene essiccata (in naturale o condizioni artificiali) (3) ad un contenuto di umidità del 10-15% e viene alimentato per un'ulteriore vagliatura attraverso un setaccio con maglia di 1,25 mm (5). Se necessario, è possibile eseguire un'ulteriore macinazione di grumi di massa (4). Il prodotto in polvere risultante (il microriempitivo è un analogo della polvere minerale) viene confezionato in sacchetti e conservato (6).

Allo stesso modo si preparano pietrisco e sabbia (essiccamento e frazionamento). La lavorazione può essere effettuata in un sito specializzato situato nel territorio dell'impianto di trattamento, utilizzando attrezzature improvvisate o speciali.

Considera l'attrezzatura che può essere utilizzata nella fase di preparazione delle materie prime.

schermi vibranti

I vagli vibranti sono usati per schermare le WWS vari produttori. Pertanto, i vibrovagli possono avere le seguenti caratteristiche: “La velocità di rotazione regolabile dell'unità di vibrazione consente di modificare l'ampiezza e la frequenza della vibrazione. Il design ermetico consente l'utilizzo di vibrovagli senza sistema di aspirazione e con l'utilizzo di mezzi inerti. Il sistema di distribuzione del materiale all'ingresso dei vibrovagli consente di utilizzare il 99% della superficie vagliante. I vibrovagli sono dotati di un sistema di cablaggio a classe divisa. Terminare la sostituzione delle superfici schermanti. alta affidabilità, facile configurazione e regolazione. Sostituzione del mazzo facile e veloce. Fino a tre superfici schermanti .

Ecco le principali caratteristiche del vaglio vibrante VS-3 (Fig. 3):

dimensioni - 1200 × 800 × 985 mm;
potenza installata - 0,5 kW;
tensione di alimentazione - 380 V;
peso - 165 kg;
produttività — fino a 5 t/h;
dimensione della maglia del setaccio - qualsiasi su richiesta;
prezzo - da 800 dollari.

Essiccatori

Per asciugare materiale sfuso- suolo-terreno (sedimenti) e sabbia - in modalità accelerata (a differenza di essiccazione naturale) si propone di utilizzare gli essiccatori a tamburo SB-0.5 (Fig. 4), SB-1.7, ecc. Considera il principio di funzionamento di tali essiccatori e le loro caratteristiche (Tabella 2).

Attraverso la tramoggia di carico, il materiale umido viene immesso nel tamburo ed entra nell'ugello interno situato lungo l'intera lunghezza del tamburo. L'ugello fornisce una distribuzione uniforme e una buona miscelazione del materiale sulla sezione del tamburo, nonché il suo stretto contatto con l'agente essiccante durante il versamento. Mescolando continuamente, il materiale si sposta verso l'uscita dal tamburo. Il materiale essiccato viene rimosso attraverso la camera di scarico.

Set di consegna: essiccatore, ventilatore, pannello di controllo. Negli essiccatori SB-0.35 e SB-0.5, il riscaldatore elettrico è integrato nella struttura. Tempo di produzione - 1,5-2,5 mesi. Il costo di tali essiccatori è di 18,5 mila dollari.

Misuratori di umidità

Per controllare il contenuto di umidità del materiale, è possibile utilizzare vari tipi di misuratori di umidità, ad esempio VSKM-12U (Fig. 5).

Portiamo specifiche un tale misuratore di umidità:

intervallo di misurazione dell'umidità - dallo stato secco alla piena saturazione dell'umidità (gli intervalli reali per materiali specifici sono indicati nel passaporto del dispositivo);
errore relativo misurazioni - ± 7% del valore misurato;
profondità della zona di controllo dalla superficie - fino a 50 mm;
le dipendenze di calibrazione per tutti i materiali controllati dal dispositivo sono archiviate nella memoria non volatile per 30 materiali;
il tipo di materiale selezionato e i risultati della misurazione vengono visualizzati su un display a due righe direttamente in unità di umidità con una risoluzione di 0,1%;
la durata di una singola misurazione non supera i 2 s;
durata delle indicazioni di detenzione - non inferiore a 15 s;
alimentatore universale: autonomo dalla batteria incorporata e dalla rete ~ 220 V, 50 Hz tramite adattatore di rete (è anche caricabatteria);
dimensioni dell'unità elettronica - 80 × 145 × 35 mm; sensore — Æ100×50 mm;
peso totale del dispositivo - non più di 500 g;
vita di servizio completa - almeno 6 anni;
prezzo - da 100 dollari.

NOTA

Secondo i nostri calcoli, l'organizzazione di un punto stazionario per la preparazione di aggregati di calcestruzzo di asfalto richiederà attrezzature per un importo di 20-25 mila dollari.

Produzione di conglomerato bituminoso con riempitivo OSV e relativa posa in opera

Considera l'attrezzatura che può essere utilizzata direttamente nel processo di produzione del calcestruzzo di asfalto con riempitivo OSV e la sua posa.

Piccolo impianto di miscelazione dell'asfalto

Per la produzione di miscele di asfalto e calcestruzzo dagli scarti di produzione di Vodokanal e il loro utilizzo in marciapiede viene proposta la capacità più piccola dei possibili complessi: un impianto mobile di calcestruzzo per asfalto (mini-APC) (Fig. 6). I vantaggi di un tale complesso sono prezzo basso, bassi costi di esercizio e di ammortamento. Le ridotte dimensioni dell'impianto consentono non solo il suo comodo stoccaggio, ma anche l'avvio istantaneo a basso consumo energetico e la produzione di conglomerato bituminoso finito. Allo stesso tempo, la produzione di asfalto viene eseguita nel luogo di posa, bypassando la fase di trasporto, utilizzando una miscela ad alta temperatura, che garantisce un elevato grado di compattazione del materiale e un'eccellente qualità della pavimentazione in asfalto .

Il costo di un impianto di mini-assemblaggio con una capacità di 3-5 ton/ora è di 125-500 mila dollari e con una capacità fino a 10 ton/ora - fino a 2 milioni di dollari.

Ecco le principali caratteristiche del mini-ABZ con una capacità di 3-5 t/h:

temperatura di uscita — fino a 160 °С;
potenza del motore - 10 kW;
potenza del generatore - 15 kW;
volume del serbatoio del bitume - 700 kg;
volume del serbatoio del carburante - 50 kg;
potenza della pompa del carburante - 0,18 kW;
potenza della pompa del bitume - 3 kW;
potenza Ventola di scarico- 2,2 kW;
saltare la potenza del motore del paranco - 0,75 kW;
dimensioni - 4000 × 1800 × 2800 mm;
peso - 3800 kg.

Inoltre, per eseguire un ciclo completo di lavori per la produzione e la posa del conglomerato bituminoso, è necessario acquistare un container per il trasporto del bitume caldo e una mini pista di pattinaggio per la posa dell'asfalto (Fig. 7).

I rulli tandem vibranti che pesano fino a 3,5 tonnellate costano 11-16 mila dollari.

Pertanto, l'intero complesso di attrezzature necessarie per la preparazione dei materiali, la produzione e il posizionamento del calcestruzzo di asfalto può costare circa 1,5-2,5 milioni di dollari.

RISULTATI

1. L'applicazione dello schema tecnologico proposto risolverà il problema dello smaltimento dei rifiuti stazioni fognarie attraverso il loro coinvolgimento nella circolazione economica a livello locale.

2. L'implementazione del metodo di smaltimento dei rifiuti considerato nell'articolo consentirà di inserire i servizi idrici nella categoria delle imprese a basso consumo.

3. Attraverso l'utilizzo di WWS nella produzione di conglomerato bituminoso, è possibile ampliare l'elenco dei servizi forniti da Vodokanal (possibilità di riparare strade e passi carrabili intraquartieri).

Letteratura

Drozd G.Ya. Utilizzo dei fanghi di depurazione mineralizzati: problemi e soluzioni // Manuale dell'ecologo. 2014. N. 4. SS 84-96.
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Drozd G.Ya., Breus RV, Bizirka I.I. Fanghi depositati dalle acque reflue urbane. Concetto di riciclaggio // Editoria accademica Lambert. 2013. 153 pag.
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Breus RV, Drozd G.Ya. Un metodo per utilizzare i sedimenti delle acque reflue locali: brevetto per il modello del nucleo n. 26095. Ucraina. IPC CO2F1 / 52, CO2F1 / 56, CO4B 26/26 - N. U200612901. appl. 12/06/2006. Pubblicato 09/10/2007. Toro. n. 14.
Breus RV, Drozd G.Ya., Gusentsova E.S. Asfalto-cemento sumish: brevetto per coris modello n. 17974. Ucraina. IPC CO4B 26/26 - N. U200604831. appl. 05/03/2006. Pubblicato 16/10/2006. Toro. n. 10.

Impianti di depurazione: problematiche di funzionamento, economia, ricostruzione

Decreto del governo della Federazione Russa del 05/01/2015 n. 3 "Sulle modifiche di alcuni atti del governo della Federazione Russa nella sfera dello smaltimento dell'acqua": cosa c'è di nuovo?

Il libro di testo evidenzia i modi per determinare l'efficienza degli impianti di trattamento e trattamento delle acque, nonché degli impianti di trattamento dei fanghi. Vengono presi in considerazione i metodi e le tecnologie di laboratorio e di controllo produttivo sulla qualità delle acque naturali, di rubinetto e di scarico. La terza edizione del libro di testo con lo stesso nome è stata pubblicata nel 2004.
Per gli studenti delle scuole tecniche edili che studiano nella specialità 2912 "Approvvigionamento idrico e servizi igienico-sanitari".

VALUTAZIONE DELLA QUALITÀ DELL'ACQUA NATURALE, POTABILE E TECNICA.
Le fonti di approvvigionamento idrico nella maggior parte delle regioni della Federazione Russa sono acque superficiali fiumi (bacini) e laghi, che rappresentano il 65-68% della presa d'acqua totale. Di seguito è riportata una valutazione della qualità dell'acqua in essi contenuta, in base ad alcuni indicatori caratteristici della composizione: pH, salinità (contenuto di sale), durezza, contenuto di sostanze sospese e organiche, nonché stato disperso in fase.

Confrontando gli indicatori stimati ed effettivi della composizione dell'acqua nelle fonti Federazione Russa, si può notare la predominanza di acque dolci e molto morbide, nonché a bassa e media mineralizzazione nella sua parte asiatica e nelle regioni settentrionali, vale a dire. su gran parte del paese. Inquinamento pervasivo corpi d'acqua le impurità di origine antropica e tecnogenica, osservate negli ultimi anni, sono dovute all'afflusso di acque reflue, domestiche e industriali, di fusione e piovane non trattate e non adeguatamente trattate dai bacini idrografici.

CONTENUTO
INTRODUZIONE
CAPITOLO 1. CONTROLLO TECNOLOGICO DEI PROCESSI DI DEPURAZIONE ACQUE NATURALI E INDUSTRIALI.»
1.1. Valutazione della qualità del naturale, potabile e acqua tecnica
1.2. Controllo di laboratorio e produzione della qualità dell'acqua negli impianti di potabilizzazione domestica e industriale
1.3. Controllo dei processi di pretrattamento, coagulazione, decantazione, filtrazione dell'acqua
1.4. Controllo dei processi di disinfezione dell'acqua
1.5. Controllo dei processi di fluorurazione, defluorizzazione, deferrizzazione dell'acqua, rimozione del manganese
1.6. Controllo dei processi di trattamento delle acque di stabilizzazione. Rimozione dei gas: ossigeno, acido solfidrico
1.7. Controllo dei processi di addolcimento, dissalazione e dissalazione
1.8. Controllo della modalità di funzionamento idrochimica dei sistemi di alimentazione dell'acqua di raffreddamento in circolazione
1.9. Controllo del processo di raffreddamento ad acqua
1.10. Esercizi e compiti
SEZIONE 2. CONTROLLO TECNOLOGICO DEI PROCESSI DI DEPURAZIONE DELLE ACQUE REFLUE
2.1. Disposizioni generali
2.2. Classificazione delle acque reflue. Tipi di contaminanti e metodi per la loro rimozione
2.3. Controllo dei processi di trattamento meccanico delle acque reflue
2.4. Monitoraggio del funzionamento degli impianti di trattamento aerobico delle acque reflue
2.5. Controllo dei processi di post-trattamento e disinfezione delle acque reflue
2.6. Controllo dei processi di trattamento dei fanghi. Processi di fermentazione del metano e controllo del funzionamento del digestore
2.7. Monitoraggio del funzionamento degli impianti di disidratazione e essiccazione dei fanghi
2.8. Controllo dei processi di trattamento delle acque reflue industriali e dei metodi per l'estrazione di sostanze nocive da esse
2.9. Controllo dei metodi distruttivi Trattamento delle acque reflue industriali
2.10. Esercizi e compiti
CONCLUSIONE
LETTERATURA.

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Il trattamento e lo smaltimento dei fanghi di depurazione è un problema molto acuto per le grandi città di tutti i paesi altamente sviluppati. Durante il processo di purificazione, i solidi sospesi contenuti nelle acque reflue precipitano negli impianti di trattamento meccanico.

La quantità di sedimento grezzo dipende direttamente dal contenuto di particelle sospese nell'acqua e dalla qualità della pulizia: maggiore è la qualità della pulizia, più sedimenti si formano.

Negli impianti di trattamento con trattamento biologico, oltre ai fanghi grezzi, si formano fanghi attivi, la cui quantità in termini di sostanza secca può raggiungere il 50% del volume totale dei fanghi.

I fanghi devono essere pretrattati prima dello smaltimento.

Finalità del trattamento- riduzione dell'umidità e del volume dei sedimenti, degli odori sgradevoli, del numero dei microrganismi patogeni (virus, batteri, ecc.) e delle sostanze nocive; riducendo i costi di trasporto e garantendo un uso finale rispettoso dell'ambiente.

Per il trattamento delle precipitazioni vengono costruite strutture speciali:

metataniche;

stabilizzatori aerobici,

vari impianti per la disidratazione e l'essiccazione,

siti di limo.

Metatenki - si tratta di serbatoi ermeticamente chiusi, dove i batteri anaerobici in condizioni termofile (t o \u003d 30 - 43 o C) fermentano il residuo grezzo in chiarificatori primari e secondari. Durante la fermentazione, i gas vengono rilasciati: CH 4 , idrogenoH 2 , diossido di carbonioCO 2 , ammoniacaNH 3 ecc., che possono quindi essere utilizzati per vari scopi.

Stabilizzatori aerobici - si tratta di serbatoi dove la parte organica viene mineralizzata a lungo da microrganismi aerobici con spurgo dell'aria costante. Il fango trattato viene stoccato in letti di fango e quindi utilizzato come fertilizzante.

I sedimenti immagazzinati contenenti sali di metalli pesanti, contaminati da microflora patogena, uova di elminti, virus, rappresentano un pericolo ambientale e richiedono un approccio straordinario alle modalità di posizionamento e smaltimento.

La migrazione di sostanze nocive in acque sotterranee. I letti di fango e le stesse discariche possono essere fonti di emissioni nocive nell'atmosfera. L'emissione di gas avviene anche dai suoli di ex discariche, discariche e durante il trasporto dei rifiuti.

Il volume e la natura dell'inquinamento atmosferico dipendono dai parametri del processo tecnologico di elaborazione delle precipitazioni e dal regime di temperatura.

Per grandi volumi di precipitazione, vengono utilizzate due categorie di metodi: essiccazione termica e incenerimento. L'essiccazione termica preserva la materia organica utilizzata come fertilizzante. Quando i sedimenti vengono bruciati, le sostanze organiche vengono convertite in prodotti gassosi.

Nella maggior parte dei paesi, vi è una tendenza al rialzo nella quantità di fanghi bruciati. Il motore principale è l'aumento dei prezzi dei terreni, che rende lo sviluppo di nuove tecnologie più conveniente e più efficiente dal punto di vista ambientale rispetto all'espansione delle aree di discarica.

Precipitazioni brucianti

Precipitazioni brucianti si applica se non sono oggetto di altri tipi di trattamento e smaltimento. 25% i fanghi generati negli impianti di trattamento delle acque reflue sono utilizzati in agricoltura, 50% posto in discarica e vicino 25% è bruciato.

Attualmente il trattamento delle acque reflue viene effettuato presso gli impianti di trattamento secondo lo schema classico del trattamento biologico completo, in cui si forma una miscela di fanghi grezzi provenienti da chiarificatori primari e fanghi attivi in eccesso.

Precipitazione- si tratta di una massa umida non disinfettata (fino al 99,7%) contenente fino al 70% di sostanze organiche.

La sequenza delle operazioni per il trattamento dei fanghi è la seguente:

pretrattamento sui grigliati;

miscelare i fanghi delle vasche di decantazione primarie con i fanghi attivi e filtrare la miscela su griglie sottili;

trattamento con un reagente - flocculante e disidratazione su presse centrali;

trasporto di fanghi disidratati agli inceneritori;

combustione in forni "Pyrofluid" con uno strato fluidizzato di sabbia.

Acque reflue

Impianto di trattamento delle acque reflue

sedimento

cenere

Le sospensioni rilasciate dalle acque reflue e reflue nel corso del loro trattamento meccanico, biologico e fisico-chimico (reagenti) sono sedimenti.

È opportuno suddividere le proprietà dei sedimenti in quelle che ne caratterizzano la natura e struttura, nonché quelle che ne determinano il comportamento nel processo di disidratazione.

Influenza della qualità iniziale dell'acqua sull'effetto di disinfezione	La crescita di torbidità, colore e pH peggiora	In presenza di sostanze organiche nell'acqua, l'effetto battericida non cambia.	All'aumentare della concentrazione di solidi sospesi, l'attività battericida diminuisce.	Con un aumento della concentrazione di solidi sospesi, della temperatura e della composizione salina, il	La presenza di solidi sospesi riduce drasticamente l'effetto di disinfezione.	Non influisce
Influenza sulle proprietà organolettiche dell'acqua	Migliora: ossida i fenoli a prodotti che non hanno odori clorofenolici	Aggrava: odore di iodio, che scompare dopo 40-50 minuti	Migliora: Elimina gli odori	Non influisce	Non influisce	Migliora: elimina l'odore
Periodo dopo azione	Un giorno o più a seconda della dose			90-150 giorni a seconda della dose		Non funziona su Escherichia coli
Tempo di decontaminazione, min					Immediatamente
Metodo	Clorazione	iodurazione	Ozonizzazione	Trattamento agli ioni d'argento	Trattamento UV	Irradiazione gamma

massa costante. Nei sedimenti liquidi, è approssimativamente vicino alla concentrazione di solidi sospesi determinata mediante filtrazione o centrifugazione.

Nei sedimenti organici idrofili, questo indicatore è spesso vicino al contenuto di sostanze organiche e caratterizza il contenuto di sostanze azotate.

La composizione elementare è particolarmente importante per i sedimenti organici, principalmente in termini di indicatori quali il contenuto di: carbonio e idrogeno per determinare il grado di stabilizzazione o stabilire l'acidità totale; azoto e fosforo per valutare il valore fertilizzante del sedimento; metalli pesanti, ecc.

Per i sedimenti inorganici è spesso utile determinare il contenuto di sali di Fe, Mg, Al, Cr, Ca (carbonati e solfati) e Si.

Tossicità. I metalli contenuti nei fanghi di depurazione industriali (rame, cromo, cadmio, nichel, zinco, stagno) sono tossici. Hanno la capacità di causare vari tipi di effetti biologici nel corpo umano: generalmente tossici, mutageni ed embriotossici. Il grado di tossicità e pericolo di vari metalli non è lo stesso e può essere valutato da Dosi letali medie per animali da laboratorio. I risultati sperimentali mostrano che il cromo e il cadmio sono i più tossici per gli animali.

Secondo le concentrazioni massime ammissibili attualmente accettate, che tengono conto, insieme alla tossicità, delle proprietà cumulative delle sostanze, cadmio, cromo e nichel rappresentano il maggior pericolo per la salute pubblica; meno pericolosi sono il rame e lo zinco.

I sedimenti degli impianti di trattamento delle acque reflue delle industrie galvaniche contenenti ossidi di metalli pesanti appartengono alla quarta classe di pericolo, cioè a sostanze a basso rischio.

La formazione dei fanghi con le proprietà desiderate inizia con la scelta di quei metodi di pulizia che prevedono la possibilità di riciclaggio o stoccaggio sicuro dei fanghi, riducendo i costi della loro disidratazione e essiccazione.

La possibilità di stoccaggio sicuro dei fanghi di depurazione è determinata dalle seguenti caratteristiche e proprietà del fango: la viscosità apparente e la fluidità associata del fango, nonché la natura dell'acqua contenuta nel fango.

La viscosità apparente e la fluidità associata dei sedimenti possono essere considerate come una misura dell'intensità delle forze di relazione tra le particelle. Consente inoltre di valutare il carattere tissotropico del precipitato (capacità del precipitato di formare un gel a riposo e ritornare alla fluidità anche con lieve agitazione). Questa proprietà è molto importante per valutare la capacità dei fanghi di raccogliere, trasportare e pompare.

L'impasto liquido di fango non è un fluido newtoniano perché la viscosità trovata è molto relativa e dipende dallo sforzo di taglio applicato.

La natura dell'acqua contenuta nel sedimento. Quest'acqua è la somma dell'acqua libera, che può essere facilmente rimossa, e dell'acqua legata, compresa l'acqua colloidale di idratazione, l'acqua capillare, l'acqua cellulare e l'acqua legata chimicamente. L'isolamento dell'acqua legata richiede uno sforzo considerevole. Ad esempio, l'acqua cellulare viene separata solo mediante trattamento termico (essiccazione o combustione).

Il valore approssimativo di questo rapporto può essere ottenuto termogravimetricamente, cioè tracciando la curva di perdita di massa di un campione di sedimento compattato a temperatura costante ed elaborando in condizioni pertinenti. Il punto in cui il termogramma ha un'interruzione può essere determinato costruendo la dipendenza K = f (5"), dove V- velocità di asciugatura, g/min; S - Il contenuto di sostanza secca nel campione,% (Fig. 2.6).

Il rapporto tra l'acqua libera e quella legata è un fattore decisivo per valutare la disidratabilità di un fango.

Dalla fig. 2.6 si può notare che la prima corrente critica determina la quantità di acqua che può essere rimossa dai fanghi a velocità di essiccazione costante (fase 1), e rappresenta il contenuto di sostanza secca nel fango dopo la perdita di acqua libera. Successivamente, l'acqua legata viene rimossa: prima, al punto S2 con una relazione lineare tra una diminuzione della velocità di essiccazione e un aumento del contenuto di sostanza secca (fase 2), e quindi con una diminuzione più marcata della velocità di diminuzione della velocità di essiccazione (fase 3).

Questi fattori includono: la capacità di sigillare; resistività; caratteristiche numeriche della comprimibilità dei fanghi sotto l'influenza di una pressione crescente (comprimibilità dei fanghi); determinazione della percentuale massima di sostanza secca nel fango ad una data pressione.

La capacità di compattazione è determinata dall'analisi della curva di sedimentazione del sedimento. Questa curva è disegnata in base a ricerca di laboratorio in un recipiente munito di agitatore ad azione lenta. La curva caratterizza il grado di separazione della massa sedimentaria nella nave in funzione del tempo di permanenza in essa.

L'indicatore più importante della capacità dei fanghi di depurazione di produrre umidità è la resistività. Il valore della resistività (g) è un parametro generalizzante ed è determinato dalla formula

Dove P è la pressione (vuoto) alla quale viene filtrato il sedimento; F- superficie filtrante; ri è la viscosità del filtrato; INSIEME A - la massa della fase solida del precipitato depositata sul filtro al ricevimento di un volume unitario del filtrato;

Qui t è la durata della filtrazione; V- la quantità di precipitato.

Umidità. Questo parametro tiene conto dei cambiamenti nella composizione e nelle proprietà dei fanghi durante la loro lavorazione e conservazione.

Comprimibilità dei sedimenti. All'aumentare della caduta di pressione, i pori della torta scompaiono e aumenta la resistenza alla filtrazione. Fattore di comprimibilità dei fanghi (S) determinato dalla formula

gr2 -gr{

Lgp2-lgi?" (2-5)

Dove r, e r2 sono la resistività del sedimento, calcolata con la formula (2.3), rispettivamente, ad una pressione />, e R2.

La velocità di filtrazione dell'acqua aumenterà, rimarrà costante o diminuirà all'aumentare di P, a seconda che il valore di S sia minore, uguale o maggiore di uno.

Le sostanze cristalline insolubili sono generalmente difficili da comprimere (5 vicino a 0 o< 0,3). Суспензии с гидрофильными частицами имеют высокую сжимаемость (5>0,5, raggiungendo e talvolta superando 1,0).

Per molti tipi di fanghi organici esiste addirittura una "pressione critica" al di sopra della quale i pori della torta si chiudono a tal punto che il drenaggio diventa impossibile. Ad esempio, per i fanghi di depurazione urbani, la filtrazione a pressione superiore a 1,5 MPa è quasi inefficace. Questo è il motivo per cui si ritiene che un graduale aumento della pressione abbia qualche vantaggio nel ritardare la compattazione della torta.

Il contenuto massimo di sostanza secca del fango a una data pressione. L'umidità nelle precipitazioni può essere in legami chimici, fisico-chimici e fisico-meccanici con particelle solide, nonché sotto forma di umidità libera. Più l'umidità è legata nel sedimento, più energia deve essere spesa per rimuoverla. Un aumento della resa in acqua delle precipitazioni si ottiene ridistribuendo le forme di legame dell'umidità con le particelle solide verso un aumento dell'umidità libera e una diminuzione dell'umidità legata mediante vari metodi di lavorazione.

Gli studi sulla dipendenza del coefficiente di filtrazione delle precipitazioni dalla loro umidità hanno mostrato che con una diminuzione dell'umidità delle precipitazioni diminuiscono anche i valori del coefficiente di filtrazione. Allo stesso tempo si possono notare alcuni valori di umidità delle precipitazioni, al di sotto dei quali il coefficiente di filtrazione dipende poco dall'umidità. Per i fanghi di idrossido delle acque reflue degli impianti galvanici, it
si trova nella regione del 67-70% e per i sedimenti dopo il trattamento della coagulazione galvanica delle acque reflue - nella regione del 50-55%.

Forza. L'utilizzo di un unico criterio di umidità per prevedere la capacità di stoccaggio dei fanghi di acque reflue non è sufficiente. Pertanto, per valutare la possibilità di immagazzinare sedimenti, vengono utilizzate le loro caratteristiche di resistenza: resistenza al taglio e capacità di carico, tossicità, lisciviazione, umidità, stabilità (forza) e filtrabilità.

Lavabilità. I metalli pesanti sono contenuti nei sedimenti sotto forma di idrossidi o sali poco solubili, come carbonati, fosfati, cromati, solfuri, ecc. L'uso dei dati della letteratura sulla solubilità dei composti metallici in acqua non consente di determinare la classe di pericolo di precipitazione con sufficiente precisione, poiché complessi -processi chimici che si verificano durante lo stoccaggio dei sedimenti. È possibile ottenere dati più affidabili testando la lisciviazione dei fanghi di depurazione.

La quantità di inquinamento sbiadito dipende da molti fattori. In termini di composizione di fase, i fanghi di depurazione possono essere caratterizzati come cellula di cristallo con costituenti solubili e semisolubili e pori riempiti di liquido. La fase liquida dei sedimenti contiene quantità sedimentarie di metalli pesanti e sali disciolti sotto forma di anioni SO4, SG, CO2 ", ecc. Durante lo stoccaggio dei sedimenti si verifica l'invecchiamento fisico e chimico degli idrossidi metallici, a seguito del quale cationi desorbiti e gli anioni passano nella fase liquida, il valore del pH diminuisce e il contenuto di sale aumenta, contribuendo alla riduzione dei prodotti di solubilità dell'idrossido. Quando esposti al sedimento del liquido di lisciviazione, i composti semisolubili, come il gesso, vengono sciolti, che anche porta ad un aumento della salinità della fase liquida. Se il liquido di lisciviazione contiene anidridi di acidi (solforico, carbonico, nitrico), diminuisce anche il valore del pH.

La determinazione sperimentale del dilavamento dei sedimenti viene effettuata in condizioni statiche e dinamiche. L'essenza dello studio statico è l'ammollo dei campioni di sedimento in acqua distillata senza mescolare e cambiare l'acqua, seguito dal monitoraggio del contenuto del componente lisciviabile nell'acqua per 6-12 mesi. Un esperimento dinamico prevede la conservazione dei campioni in condizioni naturali in siti appositamente attrezzati, dove sono esposti a tutti i tipi di influenze atmosferiche esterne (pioggia, gelo, ecc.). Il dilavamento dell'elemento è controllato sia nei campioni d'acqua prelevati dal sito sia dalla sua perdita nel sedimento durante l'esperimento (6-12 mesi o più).

La resa in acqua dei sedimenti dipende in gran parte dalle dimensioni della loro fase solida. Più piccole sono le particelle, peggiore è la resa idrica delle precipitazioni. La parte organica del sedimento marcisce rapidamente, mentre aumenta il numero di particelle colloidali e fini, con conseguente diminuzione della perdita d'acqua.

Sulla fig. La Figura 2.7 mostra un tipico flusso di processo utilizzato per trattare i fanghi di depurazione.

Moderno mezzi tecniciè possibile ottenere qualsiasi grado di riduzione dell'umidità.

Attualmente vengono utilizzati quattro metodi di compattazione e ispessimento dei sedimenti (vedi Fig. 2.7): gravità, flottazione, ispessimento in campo centrifugo e filtrazione.

La compattazione per gravità è il metodo più comune di compattazione dei sedimenti. È facile da usare e relativamente economico. Il tempo di compattazione è impostato sperimentalmente e può essere molto diverso, da 2 a 24 ore o più.

Al fine di ridurre la durata della compattazione, ottenere un sedimento con un contenuto di umidità inferiore e ridurre la rimozione dei solidi sospesi dal compattatore, vengono utilizzati vari metodi: miscelazione durante la compattazione, addensamento ciclico, coagulazione, compattazione dei giunti vari tipi precipitazione e metodo termogravitazionale.

Quando il fango viene agitato durante la compattazione, si verifica una parziale distruzione della struttura spaziale continua del fango. Le lame dell'agitatore, allontanando le parti del fango strutturato separate l'una dall'altra, creano le condizioni per il rilascio senza ostacoli dell'umidità libera, precedentemente catturata e trattenuta dalla struttura spaziale del fango. La lenta miscelazione contribuisce alla convergenza delle singole particelle di sedimento, che porta alla loro coagulazione con la formazione di grandi aggregati, che vengono compattati più intensamente sotto l'azione della propria massa.

Sulla fig. 2.8 mostra la dipendenza del grado di ispessimento dei sedimenti dalla durata e dalla velocità di miscelazione in un miscelatore ad aste.

Il massimo effetto di compattazione è stato ottenuto a velocità di miscelazione dell'estremità delle pale del miscelatore di 0,04 m/s, il contenuto di solidi sospesi nell'acqua chiarificata non ha superato i 50 mg/dm3.

L'ispessimento ciclico viene effettuato accumulando successivamente i fanghi addensati provenienti da più cicli di ispessimento con lenta agitazione con agitatore ad aste e pompando acqua chiarificata dopo ogni ciclo di ispessimento. L'efficienza del processo di ispessimento ciclico può essere spiegata dal fatto che con un aumento della pressione idrostatica, determinata dal numero dei successivi cicli di ispessimento dei fanghi, e un lento rimescolamento meccanico più intenso rispetto a un singolo riempimento, si osserva una flocculazione secondaria nel precedente fango coagulato, che porta alla pesatura delle scaglie e all'accelerazione del tiraggio di compattazione.

Un aumento della pressione idrostatica degli strati sovrastanti del sedimento ispessito a quelli sottostanti porta alla deformazione della struttura del sedimento, accompagnata dal passaggio di parte dell'acqua legata nelle strutture flocculanti del sedimento in acqua libera, che viene rimossa per filtrazione attraverso lo spazio dei pori dello strato di sedimento ispessito.

Vari composti minerali e organici sono usati come coagulanti. Nel sistema di gestione dei reagenti, la qualità delle soluzioni reagenti (cloruro ferrico e calce) è controllata dalla concentrazione dell'agente attivo in esse contenuto. È necessario un attento controllo delle soluzioni reagenti, poiché il loro eccesso non migliora la filtrabilità dei sedimenti, mentre allo stesso tempo un consumo eccessivo di sostanze scarse comporta un aumento irragionevole dei costi operativi.

Nel metodo di compattazione termografica, il precipitato viene riscaldato. Durante il riscaldamento, il guscio di idratazione attorno alla particella di sedimento viene distrutto, parte dell'acqua legata passa nell'acqua libera e quindi il processo di compattazione migliora. La temperatura ottimale per il riscaldamento dei fanghi attivi dalle acque reflue degli impianti di idrolisi è di 80-90°C. Dopo un riscaldamento di 20-30 minuti, seguito da trattenimento e compattazione dei fanghi, il suo contenuto di umidità diminuisce dal 99,5 al 96-95%. Il tempo di elaborazione totale è di 50-80 minuti.

Flottazione. Il vantaggio di questo metodo è che può essere controllato modificando i parametri al volo. Gli svantaggi del metodo includono maggiori costi operativi e l'impossibilità di accumulare una grande quantità di sedimento nel compattatore.

Tipicamente, viene utilizzata la flottazione a girante, elettrica e a pressione. Quest'ultimo è il più diffuso.

Quando si progetta un compattatore flottante, sono prescritti un carico specifico di sostanza secca di 5-13 kg / (m2 x h) e un carico idraulico inferiore a 5 m3 / (m2 x h); si prende la concentrazione del sedimento compattato: senza polielettroliti 3-4,5% di sostanza secca, con l'uso di polielettroliti 3,5-6% a seconda della dose del polielettrolita e del carico.

Il volume dell'accumulatore di fanghi deve essere calcolato per alcune ore, poiché dopo questo tempo le bolle d'aria lasciano il fango e riacquista il suo peso specifico normale.

Sigillo di filtrazione. La filtrazione viene spesso utilizzata come metodo di disidratazione meccanica dei fanghi e raramente viene utilizzata per ispessirli. I seguenti tipi di moderni filtri di tenuta sono comuni: filtro a tamburo, tamburo filtro e contenitore del filtro.

Per la digestione anaerobica si utilizzano solitamente due regimi di temperatura: mesofila a una temperatura di 30-35°C e termofila a una temperatura di 52-55°C.

Il controllo dei processi di fermentazione del metano comprende un sistema di misurazioni e analisi delle fasi solida, liquida e gassosa. La misurazione della quantità di precipitazione in entrata e di fanghi attivi in volume consente di calcolare la dose giornaliera di caricamento del digestore in volume D in%. Il volume totale del digestore è preso come 100%. Il volume giornaliero delle precipitazioni in entrata, espresso come percentuale del volume totale del digestore, è la dose volumetrica di carico dell'impianto. Questo valore può essere espresso sia come percentuale del volume totale del digestore, sia in frazioni di unità del suo volume, cioè in m3 di sedimento per 1 m3 di volume al giorno. Ad esempio, se la dose D \u003d 8%, la seconda versione dell'espressione per questo valore è 0,08 m3 / (m3 x giorno).

Si presume che durante il processo di fermentazione, il volume del sedimento e la quantità totale di acqua che entra nel digestore non cambino. Pertanto, nella contabilità, viene trascurata la quantità di umidità che entra con il vapore surriscaldato (utilizzato per riscaldare la massa fermentata) e viene persa con i gas di fermentazione rimossi.

Almeno 1-2 volte a settimana per i fanghi in entrata e digeriti, vengono eseguite analisi per determinarne il contenuto di umidità e il contenuto di ceneri. Conoscendo il contenuto di umidità e di ceneri dei sedimenti iniziali, oltre a D, non è difficile calcolare la dose di carico del digestore utilizzando la sostanza senza ceneri Dbz. Questo valore, misurato in chilogrammi di sostanza priva di ceneri per 1 m3 di volume della struttura al giorno, è simile al carico per unità di volume determinato per gli aerotank. A seconda del tipo di sedimenti caricati e delle loro caratteristiche in termini di umidità e contenuto di ceneri, il valore di D63 varia ampiamente: per la modalità di fermentazione mesofila da 1,5 a 6 kg / (m3 x giorno), e per la modalità termofila - da Da 2,5 a 12 kg / (m3 x giorno).

Durante il funzionamento dei digestori, l'analisi chimica dei sedimenti per il contenuto di componenti che formano gas, nonché di fosfati, tensioattivi e azoto totale viene solitamente eseguita una volta al trimestre (meno di una volta al mese). L'analisi è composta da campioni medi raccolti durante il periodo di studio. Si utilizzano i precipitati essiccati rimasti dopo la determinazione del contenuto di umidità.

La contabilizzazione della quantità di gas di fermentazione viene eseguita continuamente utilizzando dispositivi di registrazione automatica. L'analisi chimica della composizione dei gas viene eseguita una volta al decennio o al mese. Vengono determinati CH4, H2, CO2, N2 e 02. Se il processo è stabile, il contenuto di H2 - il prodotto della prima fase di fermentazione - non deve superare il 2%, il contenuto di CO2 non deve superare il 30-35% . In questo caso, l'ossigeno dovrebbe essere assente, poiché questo processo è strettamente anaerobico. La presenza di ossigeno viene rilevata solo a causa del mancato rispetto del completo isolamento dall'aria atmosferica degli strumenti utilizzati per l'analisi. La quantità di metano è solitamente del 60-65%, azoto - non più dell'1-2%. Se i normali rapporti nella composizione dei gas cambiano, è necessario ricercare i motivi in violazione del regime di fermentazione.

Cambiamenti profondi e a lungo termine nella composizione dei gas, espressi in una diminuzione della percentuale di metano e un aumento del contenuto di anidride carbonica, possono essere la prova dell'inacidimento del digestore, che influirà necessariamente sulla composizione chimica del acqua interstiziale. I prodotti della fase acida, in particolare gli acidi grassi inferiori (LFA), vi appariranno in grandi quantità, con una contemporanea diminuzione dell'alcalinità dell'acqua interstiziale, che è determinata, oltre agli NFA, dal contenuto di composti carbonatici e idrocarbonati.

In questo caso, si verifica un forte calo della resa di gas per unità di volume del sedimento caricato e una diminuzione del valore del pH a 5,0. L'idrogeno solforato H2S appare nei gas di fermentazione acida, il metano CH4 diminuisce e la concentrazione di anidride carbonica CO2 aumenta notevolmente. Il tutto è accompagnato dalla formazione di schiuma e dall'accumulo di una densa crosta all'interno del digestore.

In un regime di fermentazione stabile, il contenuto di SFA nell'acqua interstiziale è al livello di 5-15 mg-eq/dm3 e l'alcalinità è 70-90 mg-eq/dm3. La somma di tutti gli acidi organici è determinata dall'equivalente dell'acido acetico e l'alcalinità è determinata dall'equivalente dello ione bicarbonato.

La composizione chimica dell'acqua interstiziale viene determinata 1-3 volte a settimana (secondo il programma per la determinazione del contenuto di umidità dei sedimenti). Nell'acqua interstiziale, inoltre, determina il contenuto di azoto dei sali di ammonio, che appare come risultato della scomposizione dei componenti proteici. Durante il normale funzionamento del digestore, la concentrazione di azoto dei sali di ammonio nell'acqua interstiziale è compresa tra 500 e 800 mg/dm3.

Secondo l'analisi e le misurazioni, vengono effettuati numerosi calcoli, a seguito dei quali vengono determinati D e D63, la percentuale di decomposizione della sostanza priva di ceneri della precipitazione P63 (rappresentata dalle variazioni di umidità e contenuto di ceneri) , così come la produzione di gas Рg, la produzione di gas da 1 kg di sostanza secca caricata e 1 kg di sostanza senza ceneri fermentate e il consumo di vapore per 1 m3 di sedimento.

Le ragioni delle violazioni della normale fermentazione possono essere: un'elevata dose di caricamento del digestore con fanghi freschi, una forte fluttuazione della temperatura e il caricamento nel digestore di impurità che non possono essere digerite. A causa dell'impatto di queste cause, l'attività dei microrganismi produttori di metano viene inibita e l'intensità del processo di fermentazione dei fanghi diminuisce.

La contabilità per il funzionamento del digestore viene effettuata nella forma indicata in Tabella. 2.17.

Durante la messa in servizio, prima di tutto, viene verificata la tenuta dei digestori, la presenza di valvole di sicurezza, nonché la presenza e le prestazioni dei dispositivi di miscelazione; Si richiama l'attenzione sulla possibilità di scintille dovute al possibile sfregamento di parti rotanti in acciaio su parti fisse di strutture.

Tabella 2.17

Dichiarazione di contabilità mensile del lavoro dei digestori

I seguenti dispositivi vengono utilizzati per il controllo automatizzato dei parametri tecnologici del funzionamento dei digestori.

1. Dispositivi per il monitoraggio della contaminazione da gas dei locali e la segnalazione del contenuto di gas a prova di esplosione (fino al 2%) nell'aria. Il sensore del dispositivo di segnalazione è installato sulla parete nella stanza di iniezione e il dispositivo di indicazione è installato sul pannello di controllo, che può essere rimosso dal sensore a una distanza fino a 500 m Quando la concentrazione di emergenza di metano in l'aria viene raggiunta, la ventola di emergenza e il segnale acustico (luminoso) di emergenza si accendono automaticamente.

2. Dispositivo di controllo della temperatura dei fanghi. Include un dispositivo primario: una resistenza termica in rame o platino in un manicotto incorporato nel serbatoio del digestore e un dispositivo secondario sul pannello di controllo.

3. Per misurare il flusso di gas dai digestori, viene utilizzato un manometro differenziale a membrana o campana come convertitore primario e un registratore viene utilizzato come secondario. La quantità di gas rilasciata viene registrata giornalmente.

Inoltre, i modelli tipici dei digestori prevedono la misurazione della temperatura del gas nei gasdotti da ciascun digestore e la misurazione della pressione del gas.

Il controllo dei processi di fermentazione del metano viene effettuato per raggiungere i seguenti obiettivi:

Ridurre la durata della digestione al raggiungimento di un determinato grado di decadimento per ridurre il volume delle strutture e, di conseguenza, i costi di capitale;

Aumentare la quantità di biogas rilasciato durante il processo di fermentazione per utilizzarlo per ridurre i costi di riscaldamento dei digestori stessi e ottenere inoltre altri tipi di energia;

Aumentare il contenuto di metano nel biogas per aumentarne il potere calorifico e l'efficienza di utilizzo;

Raggiungere una buona compattazione e proprietà di rilascio dell'acqua del fango digerito per ridurre il costo degli impianti per la sua disidratazione.

Il compito principale del trattamento dei fanghi di depurazione è quello di ottenere il prodotto finale, le cui proprietà ne consentono l'utilizzo nell'interesse della economia nazionale o minimizzare i danni causati da ambiente. Gli schemi tecnologici utilizzati per implementare questo compito sono molto diversi.

I processi tecnologici per il trattamento dei fanghi di depurazione in tutti gli impianti di depurazione per trattamenti meccanici, fisici, chimici e biologici possono essere suddivisi nelle seguenti fasi principali: compattazione (ispessimento), stabilizzazione della parte organica, condizionamento, disidratazione, trattamento termico, riciclaggio di prodotti di valore o eliminazione dei sedimenti (schema 2) .

Figura 5 - Fasi e modalità di trattamento dei fanghi di depurazione

Compattazione delle precipitazioni

La compattazione dei fanghi è associata alla rimozione dell'umidità libera ed è una fase necessaria in tutti gli schemi tecnologici per il trattamento dei fanghi. Durante la compattazione, in media, viene rimosso il 60% dell'umidità e la massa del sedimento viene ridotta di 2,5 volte.

Per la compattazione vengono utilizzati i metodi di compattazione, gravità, filtrazione, centrifuga e vibrazione. La compattazione per gravità è la più comune. Si basa sulla sedimentazione delle particelle della fase dispersa. Come addensanti dei fanghi vengono utilizzate vasche di decantazione verticali o radiali.

La compattazione dei fanghi attivi, in contrasto con la compattazione dei fanghi grezzi, è accompagnata da una modifica delle proprietà del fango. Il fango attivo come sistema colloidale ha un'elevata capacità di formazione della struttura, per cui la sua compattazione porta alla transizione di parte dell'acqua libera in stato vincolato, e un aumento del contenuto di acqua legata nei fanghi porta a un deterioramento della perdita d'acqua.

Applicando metodi di trattamento speciali, ad esempio il trattamento con reagenti chimici, è possibile ottenere il trasferimento di parte dell'acqua legata allo stato libero. Tuttavia, una parte significativa dell'acqua legata può essere rimossa solo per evaporazione.

Stabilizzazione dei fanghi

Stabilizzazione anaerobica

La digestione anaerobica è il principale metodo di smaltimento dei fanghi di depurazione urbani. La fermentazione è chiamata fermentazione del metano, perché a seguito della decomposizione della materia organica nei sedimenti, il metano si forma come uno dei prodotti principali.

Il processo biochimico della fermentazione del metano si basa sulla capacità delle comunità di microrganismi di ossidare le sostanze organiche dei fanghi di depurazione durante la loro attività vitale.

La fermentazione industriale del metano viene effettuata da un'ampia gamma di colture batteriche. Teoricamente si considera la fermentazione dei sedimenti, costituita da due fasi: acida e alcalina.

Nella prima fase della fermentazione acida o dell'idrogeno, le sostanze organiche complesse dei sedimenti e dei fanghi vengono prima idrolizzate in sostanze più semplici sotto l'azione di enzimi batterici extracellulari: proteine in peptidi e amminoacidi, grassi in glicerolo e acidi grassi, carboidrati - a zuccheri semplici. Ulteriori trasformazioni di queste sostanze nelle cellule batteriche portano alla formazione dei prodotti finali della prima fase, principalmente acidi organici. Più del 90% degli acidi formati sono acidi butirrico, propionico e acetico. Si formano anche altre sostanze organiche relativamente semplici (aldeidi, alcoli) e sostanze inorganiche (ammoniaca, acido solfidrico, anidride carbonica, idrogeno).

La fase acida della fermentazione è svolta dai comuni saprofiti: anaerobi facoltativi come acido lattico, batteri dell'acido propionico e anaerobi stretti (obbligati) come batteri butirrici, acetonobutilici, cellulosici. La maggior parte delle specie batteriche responsabili della prima fase della fermentazione sono sporigeni. Nella seconda fase della fermentazione alcalina o del metano, dai prodotti finali della prima fase si formano metano e acido carbonico a seguito dell'attività vitale dei batteri metanogeni - anaerobi obbligati non sporigeni, molto sensibili alle condizioni ambientali .

Il metano si forma come risultato della riduzione della CO 2 o del gruppo metilico dell'acido acetico:

dove AH 2 è una sostanza organica che funge da donatore di idrogeno per i batteri metanogeni; di solito si tratta di acidi grassi (tranne acetico) e alcoli (tranne metile).

Molti tipi di batteri metanogeni ossidano l'idrogeno molecolare formato nella fase acida, quindi la reazione di formazione del metano ha la forma:

I microrganismi che utilizzano acido acetico e alcol metilico svolgono le seguenti reazioni:

Tutte queste reazioni sono fonti di energia per i batteri produttori di metano e ognuna di esse è una serie di successive trasformazioni enzimatiche del materiale di partenza. È stato ora stabilito che la vitamina B 12 partecipa al processo di formazione del metano, a cui è attribuito il ruolo principale nel trasferimento di idrogeno nelle reazioni di ossidoriduzione dell'energia nei batteri metanogeni.

Si ritiene che le velocità di trasformazione delle sostanze nelle fasi acida e metano siano le stesse, quindi, con un processo di fermentazione stabile, non vi è accumulo di acidi - prodotti della prima fase.

Il processo di fermentazione è caratterizzato dalla composizione e dal volume del gas rilasciato, dalla qualità dell'acqua interstiziale e dalla composizione chimica del fango digerito.

Il gas risultante è costituito principalmente da metano e anidride carbonica. Durante la normale fermentazione (alcalina), l'idrogeno come prodotto della prima fase può rimanere nel gas in un volume non superiore all'1–2%, poiché viene utilizzato dai batteri che formano metano nelle reazioni redox del metabolismo energetico.

L'idrogeno solforato H 2 S rilasciato durante la scomposizione della proteina praticamente non entra nel gas, poiché in presenza di ammoniaca si lega facilmente con gli ioni ferro disponibili in solfuro di ferro colloidale.

Il prodotto finale dell'ammonificazione delle sostanze proteiche, l'ammoniaca, si lega con l'acido carbonico per formare carbonati e bicarbonati, che provocano un'elevata alcalinità dell'acqua interstiziale.

A seconda della composizione chimica dei sedimenti durante la fermentazione, vengono rilasciati da 5 a 15 m 3 di gas per 1 m 3 di sedimento.

La velocità del processo di fermentazione dipende dalla temperatura. Quindi, a una temperatura del sedimento di 25 - 27 ° C, il processo dura 25 - 30 giorni; a 10°C, la sua durata aumenta a 4 mesi o più. Per accelerare la fermentazione e ridurre il volume degli impianti necessari a tale scopo, viene utilizzato il riscaldamento artificiale dei fanghi a una temperatura di 30 -35 ° C o 50 - 55 ° C.

Un normale processo di fermentazione del metano è caratterizzato da una reazione leggermente alcalina del mezzo (pH? 7.b), un'elevata alcalinità dell'acqua interstiziale (65–90 mg-eq/l) e un basso contenuto di acidi grassi (fino a 5–12 mg-eq/l). La concentrazione di azoto ammonico nell'acqua interstiziale raggiunge i 500 - 800 mg/l.

L'interruzione del processo può derivare dal sovraccarico di una struttura, dal cambiamento regime di temperatura, assunzione di sostanze tossiche con sedimenti, ecc. Il disturbo si manifesta nell'accumulo di acidi grassi, una diminuzione dell'alcalinità dell'acqua interstiziale e un calo del pH. Il volume del gas risultante diminuisce drasticamente, il contenuto di acido carbonico e idrogeno, i prodotti della fase acida della fermentazione, aumenta nel gas.

I batteri acidogeni responsabili della prima fase della fermentazione sono più resistenti a qualsiasi tipo di batterio condizioni avverse, compreso il sovraccarico. I sedimenti che entrano per la fermentazione sono in gran parte seminati con essi. I batteri acidificanti, moltiplicandosi rapidamente, aumentano la capacità di assimilazione della massa batterica e quindi si adattano a carichi maggiori. In questo caso, la velocità della prima fase aumenta e nel mezzo appare una grande quantità di acidi grassi.

I batteri del metano si moltiplicano molto lentamente. Il tempo di generazione per alcune specie è di diversi giorni, quindi non sono in grado di aumentare rapidamente il numero di colture e il loro contenuto nel sedimento grezzo è insignificante. Non appena si esaurisce la capacità neutralizzante della massa in fermentazione (riserva di alcalinità), il pH scende bruscamente, portando alla morte dei batteri metanogeni.

Di grande importanza per la normale fermentazione dei fanghi è la composizione delle acque reflue, in particolare la presenza in esse di tali sostanze che inibiscono o paralizzano l'attività vitale dei microrganismi che svolgono il processo di fermentazione dei fanghi. Pertanto, la questione della possibilità di un trattamento congiunto delle acque reflue industriali e domestiche dovrebbe essere risolta caso per caso, a seconda della loro natura e composizione fisico-chimica.

Quando si miscelano acque reflue domestiche con acque reflue industriali, è necessario che la miscela di acque reflue abbia un pH = 7 - 8 e una temperatura non inferiore a 6°C e non superiore

30°C. Il contenuto di sostanze tossiche o nocive non deve superare il limite concentrazione ammissibile per microrganismi che crescono in condizioni anaerobiche. Ad esempio, quando il contenuto di rame nel sedimento è superiore allo 0,5% della sostanza secca del fango, le reazioni biochimiche della seconda fase del processo fermentativo rallentano e le reazioni della fase acida accelerano. Ad una dose di idroarsenito di sodio dello 0,037% in peso della sostanza priva di ceneri del sedimento fresco, il processo di decomposizione della materia organica rallenta.

Per la lavorazione e la fermentazione dei fanghi grezzi vengono utilizzati tre tipi di strutture: 1) fosse settiche (fosse settiche); 2) vasche di decantazione a due livelli; 3) digestori.

Nelle fosse settiche, l'acqua viene chiarita e il sedimento che ne è caduto marcisce allo stesso tempo. Le fosse settiche sono attualmente utilizzate nelle stazioni con una portata ridotta.

Nelle vasche di decantazione a due livelli, la parte di decantazione è separata dalla camera putrefattiva (settica) situata nella parte inferiore. Lo sviluppo del design di un decantatore a due livelli è un chiarificatore-decompositore.

Per il trattamento dei fanghi, attualmente i più utilizzati sono i digestori, che servono solo per la fermentazione dei fanghi con riscaldamento e agitazione artificiali.

Il fango digerito ha alta umidità(95 - 98%), che ne rende difficile l'utilizzo in agricoltura per la concimazione (per la difficoltà di spostamento con veicoli senza reti di distribuzione della pressione). L'umidità è il fattore principale che determina la quantità di sedimenti. Pertanto, il compito principale del trattamento dei fanghi è quello di ridurne il volume separando l'acqua e ottenendo un prodotto trasportabile.