Контроль процессов очистки природных вод. Методы обработки осадков сточных вод, применяемые сооружения

Крупнейшая экологическая проблема стран СНГ — загрязненность их территории отходами. Особую озабоченность вызывают отходы, образованные в процессе очистки городских сточных вод, — канализационные илы и осадки сточных вод (далее — ОСВ).

Основная специфика таких отходов — их двухкомпонентность: система состоит из органической и минеральной составляющей (80 и 20 % соответственно в свежих отходах и до 20 и 80 % в отходах после длительного хранения). Наличие в составе отходов тяжелых металлов обусловливает их IV класс опасности. Чаще всего такие виды отходов складируются под открытым небом и не подлежат дальнейшей переработке.

Например, в Украине к настоящему времени накоплено более 0,5 млрд т ОСВ, суммарная площадь для складирования которых составляет примерно 50 км 2 на пригородных и городских территориях .

Отсутствие в мировой практике действенных способов утилизации данного вида отходов и вызванное этим обострение экологической ситуации (загрязнение атмосферы и гидросферы, отторжение земельных площадей под полигоны для складирования ОСВ) свидетельствуют об актуальности нахождения новых подходов и технологий по вовлечению ОСВ в хозяйственный оборот.

В соответствии с Директивой Совета 86/278/ЕЕС от 12.06.1986 «О защите окружающей среды и в особенности почв при использовании в сельском хозяйстве осадков сточных вод» в странах Европейского союза в 2005 г. ОСВ были использованы следующим образом: 52 % — в сельском хозяйстве, 38 % — сожжены, 10 % — складированы .

Попытка России перенести зарубежный опыт сжигания ОСВ на отечественную почву (строительство мусоросжигательных заводов) оказалась неэффективной: объем твердой фазы снизился всего на 20 % при одновременном выбросе в атмосферный воздух большого количества газообразных токсичных веществ и продуктов сгорания. В связи с этим в России, как и во всех остальных странах СНГ, основным способом обращения с ОСВ остается их складирование .

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

В процессе поиска альтернативных способов утилизации ОСВ путем проведения теоретических и экспериментальных исследований и опытно-промышленной апробации нами было доказано, что решение экологической проблемы — ликвидации накопленных объемов отходов — возможно путем их активного вовлечения в хозяйственный оборот в следующих отраслях:

• дорожное строительство (производство органо-минерального порошка взамен минерального порошка для асфальтобетона);
• строительство (производство утеплителя типа керамзит и керамического эффективного кирпича);
• аграрный сектор (производство высокогумусного органического удобрения) .

Экспериментальное внедрение результатов работ было осуществлено на ряде предприятий Украины:

• дорожное покрытие площадки хранения тяжелой техники МД ПМК-34 (г. Луганск, 2005 г.), участок объездной дороги вокруг Луганска (на пикетах ПК220-ПК221+50, 2009 г.), дорожное покрытие ул. Малютина в г. Антрацит (2011 г.);

КСТАТИ

Результаты наблюдений за состоянием и качеством дорожного покрытия свидетельствуют о его хороших эксплуатационных характеристиках, превышающих по ряду показателей традиционные аналоги.

• выпуск опытной партии эффективного облегченного керамического кирпича на Луганском кирпичном заводе № 33 (2005 г.);
• производство биогумуса на основе ОСВ на очистных сооружениях ООО «Лугансквода».

КОММЕНТАРИИ К НОВАЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСВ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Анализируя накопленный нами опыт утилизации ОСВ в сфере дорожного строительства, мы можем выделить следующие положительные моменты :

• предлагаемый способ утилизации позволяет вовлекать крупнотоннажный отход в сферу крупнотоннажного промышленного производства;
• перевод ОСВ из категории отходов в категорию сырья обусловливает их потребительскую стоимость — отход приобретает определенную ценность;
• в экологическом плане отход IV класса опасности размещается в дорожном полотне, асфальтобетонное покрытие которого соответствует IV классу опасности;
• для производства 1 м 3 асфальтобетонной смеси можно утилизировать до 200 кг сухого ОСВ в качестве аналога минерального порошка с получением качественного материала, соответствующего нормативным требованиям к асфальтобетону;
• экономический эффект от принятого способа утилизации имеет место как в сфере дорожного строительства (снижение стоимости асфальтобетона), так и для предприятий Водоканала (предотвращение платежей за размещение отходов и др.);
• в рассматриваемом способе утилизации ОСВ согласуются технический, экологический и экономический аспекты.

Проблемные моменты связаны с необходимостью:

• кооперации и согласованности различных ведомств;
• широкого обсуждения и одобрения специалистами выбранного способа утилизации ОСВ;
• разработки и введения в действие национальных стандартов;
• внесения изменений в Закон Украины от 05.03.1998 № 187/98-ВР «Об отходах»;
• разработки технических условий на продукцию и проведения ее сертификации;
• внесения изменений в строительные нормы и правила;
• подготовки обращения в Кабинет Министров и Министерство охраны окружающей природной среды с просьбой о разработке действенных механизмов реализации проектов по утилизации отходов.

И напоследок еще один проблемный момент — в одиночку эту проблему не решить .

КАК УПРОСТИТЬ ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МОМЕНТЫ

На пути широкого использования рассматриваемого метода утилизации ОСВ возникают организационные трудности: необходима кооперация различных ведомств с различным видением своих производственных задач — коммунального хозяйства (в данном случае Водоканала — собственника отходов) и дорожно-строительной организации. При этом у них неизбежно возникает ряд вопросов, в т.ч. экономических и правовых, наподобие «А надо ли это нам?», «Затратный это механизм или прибыльный?», «Кто должен нести риски и ответственность?»

К сожалению, нет единого понимания того, что общую экологическую проблему — утилизацию ОСВ (по сути отходов общества, накопленных коммунальными предприятиями) — можно решить с помощью коммунальных предприятий дорожно-строительной отрасли путем вовлечения таких отходов в ремонт и строительство коммунальных дорог. То есть весь процесс можно осуществить в пределах одного коммунального ведомства.

К СВЕДЕНИЮ

В чем видится интерес всех участников процесса?
1. Дорожно-строительная отрасль получает осадок в виде аналога минерального порошка (одного из компонентов асфальтобетона) по цене значительно ниже стоимости минерального порошка и производит качественное асфальтобетонное покрытие с меньшей стоимостью.
2. Предприятия по очистке канализационных стоков избавляются от накопленных отходов.
3. Общество получает качественные и более дешевые дорожные покрытия с одновременным улучшением экологической ситуации на территории его проживания.

Учитывая то, что при утилизации ОСВ решается важная экологическая проблема, имеющая государственное значение, в этом случае государство должно быть самым заинтересованным участником. Поэтому под эгидой государства необходимо разработать соответствующую нормативно-правовую базу, которая отвечала бы интересам всех участников процесса. Однако для этого потребуется определенный временной интервал, который в условиях бюрократической системы может быть довольно продолжительным. В то же время, как было сказано выше, проблема накопления осадков и возможность ее решения имеют непосредственное отношение к коммунальной отрасли, поэтому и решать ее надо здесь же, что резко сократит время на все согласования, а перечень необходимой документации сузит до ведомственных норм.

ВОДОКАНАЛ КАК ПРОИЗВОДИТЕЛЬ И ПОТРЕБИТЕЛЬ ОТХОДОВ

Всегда ли нужна кооперация предприятий? Рассмотрим вариант утилизации накопленных ОСВ непосредственно предприятиями Водоканала в своей производственной деятельности.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ

Предприятия Водоканала после проведения ремонтных работ на трубопроводных сетях обязаны восстанавливать поврежденное дорожное полотно, что выполняется далеко не всегда. Так, по результатам проведенной нами приблизительной среднегодовой оценки объемов таких работ на Луганщине, эти объемы составляют от 100 до 1000 м 2 площади покрытий в зависимости от населенного пункта. Учитывая, что в структуру крупных предприятий, таких как ООО «Лугансквода», входят десятки населенных пунктов, площадь восстанавливаемых покрытий может достигать десятков тысяч квадратных метров, для чего требуются уже сотни кубических метров асфальтобетона.

Необходимость избавления от отхода, свойства которого позволяют получать в результате его утилизации качественный асфальтобетон, и, главное, возможность его применения при ремонте нарушенных дорожных покрытий являются главными причинами возможного использования рассматриваемого метода утилизации ОСВ предприятиями Водоканала.

Отметим, что ОСВ очистных сооружений различных населенных пунктов аналогичны по своему положительному воздействию на асфальтобетон, несмотря на некоторые различия химического состава.

Например, асфальтобетон, модифицированный осадками г. Луганска (ООО «Лугансквода»), г. Черкассы (ПО «Азот») и «Киевводоканал», соответствует требованиям ДСТУ Б В.2.7-119-2003 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон дорожный и аэродромный. Технические условия» (далее — ДСТУ Б В.2.7-119-2003) (табл. 1).

Давайте порассуждаем. 1 м 3 асфальтобетона имеет среднюю массу 2,2 т. При введении 6-8 % осадка как заменителя минерального порошка в 1 м 3 асфальтобетона можно утилизировать 132-176 кг отхода. Примем среднюю величину 150 кг/м 3 . Так, при толщине слоя 3-5 см 1 м 3 асфальтобетона позволяет создать 20-30 м 2 дорожного покрытия.

Как известно, асфальтобетон состоит из щебня, песка, минерального порошка и битума. Водоканалы являются собственниками первых трех компонентов как искусственных техногенных месторождений: щебень — заменяемая загрузка биофильтров; песок и депонированный осадок — отходы песковых и иловых площадок (рис. 1). Для превращения этих отходов в асфальтобетон (полезная утилизация) нужен только один дополнительный компонент — дорожный битум, содержание которого составляет только 6-7 % от планируемого выпуска асфальтобетона.

Имеющиеся отходы (сырьевые ресурсы) и необходимость осуществления ремонтно-восстановительных работ с возможностью использования при этом указанных отходов являются основой для создания в структуре Водоканала специализированного предприятия или участка. Функциями такого подразделения будут являться:

• подготовка компонентов асфальтобетона из имеющихся отходов (стационарная);
• производство асфальтобетонной смеси (мобильная);
• укладка смеси в дорожное полотно и ее уплотнение (мобильная).

Суть технологии подготовки сырьевого компонента асфальтобетона — минерального (органо-минерального) порошка на основе ОСВ — отражена на рис. 2.

Как следует из рис. 2, исходное сырье (1) — осадок из отвалов влажностью до 50 % — предварительно просеивается через сито с размером ячеек 5 мм (2) для удаления постороннего мусора, растений и разрыхления комков. Просеянная масса просушивается (в естественных или искусственных условиях) (3) до влажности 10-15 % и подается на дополнительный просев через сито с ячейками 1,25 мм (5). При необходимости может быть выполнено дополнительное измельчение комков массы (4). Полученный порошкообразный продукт (микронаполнитель — аналог минерального порошка) упаковывается в мешки и складируется (6).

Аналогично производится подготовка щебня и песка (сушка и фракционирование). Переработка может быть осуществлена на специализированном участке, расположенном на территории очистной станции, с использованием подручного или специального оборудования.

Рассмотрим оборудование, которое можно использовать на этапе подготовки сырья.

Вибросита

Для просева ОСВ используются вибросита различных производителей. Так, вибросита могут обладать следующими характеристиками: «Регулируемая скорость вращения вибрационного привода позволяет менять амплитуду и частоту вибрации. Герметичное исполнение позволяет использовать вибросита без системы аспирации и с использованием инертных сред. Система распределения материала на входе в вибросита позволяет использовать 99 % просеивающей поверхности. Вибросита оборудованы системой разводки разделенных классов. Торцевая замена просеивающих поверхностей. Высокая надежность, простая настройка и регулировка. Быстрая и простая замена дек. До трех просеивающих поверхностей» .

Приведем основные характеристики вибросита ВС-3 (рис. 3):

• габариты — 1200×800×985 мм;
• установленная мощность — 0,5 кВт;
• напряжение питания — 380 В;
• вес — 165 кг;
• производительность — до 5 т/час;
• размер ячеек сит — любой по заказу;
• цена — от 800 долл.

Сушилки

Для просушивания сыпучего материала — почво-грунта (осадка) и песка — в ускоренном режиме (в отличие от естественной сушки) предлагается использовать барабанные сушилки СБ-0,5 (рис. 4), СБ-1,7 и т.п. Рассмотрим принцип действия таких сушилок и их характеристики (табл. 2) .

Через загрузочный бункер влажный материал подается в барабан и поступает на внутреннюю насадку, расположенную по всей длине барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесный контакт с сушильным агентом при пересыпании. Непрерывно перемешиваясь, материал перемещается к выходу из барабана. Высушенный материал удаляется через разгрузочную камеру.

Комплект поставки: сушилка, вентилятор, пульт управления. В сушилках СБ-0,35 и СБ-0,5 электронагреватель встроен в конструкцию. Срок изготовления — 1,5-2,5 месяца. Стоимость таких сушилок — от 18,5 тыс. долл.

Влагомеры

Для осуществления контроля влажности материала можно использовать влагомеры различных типов, например ВСКМ-12У (рис. 5).

Приведем технические характеристики такого влагомера :

• диапазон измерения влажности — от сухого состояния до полного влагонасыщения (реальные диапазоны для конкретных материалов указаны в паспорте прибора);
• относительная погрешность измерения — ±7 % от измеряемой величины;
• глубина зоны контроля с поверхности — до 50 мм;
• градуировочные зависимости на все контролируемые прибором материалы хранятся в энергонезависимой памяти, рассчитанной на 30 материалов;
• выбранный тип материала и результаты измерения индицируются на двухстрочном дисплее непосредственно в единицах измерения влажности с дискретностью 0,1 %;
• продолжительность единичного измерения — не более 2 с;
• продолжительность удержания показаний — не менее 15 с;
• электропитание универсальное: автономное от встроенного аккумулятора и от сети ~220 В, 50 Гц через сетевой адаптер (он же — зарядный);
• размеры электронного блока — 80×145×35 мм; датчика — Æ100×50 мм;
• общая масса прибора — не более 500 г;
• полный срок службы — не менее 6 лет;
• цена — от 100 долл.

К СВЕДЕНИЮ

По нашим подсчетам, для организации стационарного пункта по подготовке наполнителей асфальтобетона потребуется оборудование на сумму 20-25 тыс. долл.

Изготовление асфальтобетона с наполнителем из ОСВ и его укладка

Рассмотрим оборудование, которое можно использовать непосредственно в процессе изготовления асфальтобетона с наполнителем из ОСВ и его укладки.

Малогабаритный асфальтобетонный завод

Для изготовления асфальтобетонных смесей из производственных отходов Водоканала и использования их в дорожном покрытии предлагается самый малый по мощности из возможных комплексов — мобильный асфальтобетонный завод (мини-АБЗ) (рис. 6). Достоинствами такого комплекса являются низкая цена, небольшие эксплуатационные и амортизационные расходы. Малые габариты установки позволяют обеспечить не только ее удобное хранение, но и энергоэффективный моментальный запуск и выпуск готового асфальтобетона. При этом производство асфальтобетона осуществляется на месте укладки, минуя стадию транспортировки, с использованием смеси высокой температуры, что обеспечивает высокую степень уплотнения материала и отличное качество асфальтобетонного покрытия.

Стоимость мини-АБЗ производительностью 3-5 т/час составляет 125-500 тыс. долл., а производительностью до 10 т/час — до 2 млн долл.

Приведем основные характеристики мини-АБЗ производительностью 3-5 т/час :

• температура на выходе — до 160 °С;
• мощность двигателя — 10 кВт;
• мощность генератора — 15 кВт;
• объем битумной емкости — 700 кг;
• объем топливного бака — 50 кг;
• мощность топливного насоса — 0,18 кВт;
• мощность битумного насоса — 3 кВт;
• мощность вытяжного вентилятора — 2,2 кВт;
• мощность двигателя скипового подъемника — 0,75 кВт;
• габариты — 4000×1800×2800 мм;
• вес — 3800 кг.

Дополнительно для осуществления полного цикла работ по производству и укладке асфальтобетона необходимо приобрести емкость для транспортировки горячего битума и мини-каток для укладки асфальта (рис. 7).

Дорожные катки вибрационные тандемные массой до 3,5 т имеют стоимость 11-16 тыс. долл.

Таким образом, весь комплекс оборудования, необходимого для подготовки материалов, производства и укладки асфальтобетона, может стоить около 1,5-2,5 млн долл.

ВЫВОДЫ

1. Применение предложенной технологической схемы позволит решить проблему утилизации отходов канализационных станций путем их вовлечения в хозяйственный оборот на местном уровне.

2. Реализация рассмотренного в статье способа утилизации ОСВ позволит вывести водоканалы в разряд малоотходных предприятий.

3. За счет использования ОСВ в производстве асфальтобетона может быть расширен перечень предоставляемых Водоканалом услуг (возможность ремонта внутриквартальных дорог и проездов).

Литература

1. Дрозд Г.Я. Утилизация минерализованных осадков сточных вод: проблемы и решения // Справочник эколога. 2014. № 4. С. 84-96.
2. Дрозд Г.Я. Проблемы в сфере обращения с депонированными осадками сточных вод и методы их решения // Водопостачання та водовідведення. 2014. № 2. С. 20-30.
3. Дрозд Г.Я. Новые технологии утилизации осадков — путь к малоотходным канализационным очистным сооружениям // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2014. № 3. С. 20-29.
4. Дрозд Г.Я., Бреус Р.В., Бизирка И.И. Депонированные осадки городских сточных вод. Концепция утилизации // Lambert Academic Publishing. 2013. 153 с.
5. Дрозд Г.Я. Предложения по вовлечению депонированных осадков сточных вод в хозяйственный оборот // Матер. Международного конгресса «ЭТЭВК-2009». Ялта, 2009. C. 230-242.
6. Бреус Р.В., Дрозд Г.Я. Спосіб утилізації осадів міських стічних вод: Патент на корисну модель № 26095. Україна. МПК СО2F1/52, CO2F1/56, CO4B 26/26 — № U200612901. Заявл. 06.12.2006. Опубл. 10.09.2007. Бюл. № 14.
7. Бреус Р.В., Дрозд Г.Я., Гусенцова Є.С. Асфальтобетонна суміш: Патент на корисну модель № 17974. Україна. МПК CO4B 26/26 — № U200604831. Заявл. 03.05.2006. Опубл. 16.10.2006. Бюл. № 10.

• Канализационные очистные сооружения: вопросы эксплуатации, экономики, реконструкции

• Постановление Правительства РФ от 05.01.2015 № 3 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации в сфере водоотведения»: что нового?

В учебнике освещены способы определения эффективности работы водоочистных и водоподготовительных сооружений, а также установок по обработке осадка. Рассмотрены методы и технологии лабораторно-производственного контроля за качеством природных, водопроводных и сточных вод. Третье издание учебника под одноименным названием вышло в 2004 г.
Для студентов строительных техникумов, обучающихся по специальности 2912 «Водоснабжение и водоотведение».

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ, ПИТЬЕВЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ВОД.
Источниками водоснабжения в большинстве регионов РФ являются поверхностные воды рек (водохранилищ) и озер, на долю которых приходится 65-68% от общего объема водозабора. Ниже приводится оценка качества воды в них в зависимости от некоторых характерных показателей состава: pH, минерализованности (солесодержания), жесткости, содержания взвешенных и органических веществ, а также фазово-дисперсного состояния.

Сравнивая оценочные и фактические показатели состава воды в источниках Российской Федерации, можно отметить преобладание мягких и очень мягких, а также мало- и среднеминерализованных вод в азиатской ее части и северных районах, т.е. на большей части территории страны. Повсеместное загрязнение водных объектов примесями антропогенного и техногенного происхождения, наблюдаемое в последние годы, обусловлено поступлением в них неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод, хозяйственно-бытовых и промышленных, талых и ливневых вод с водосборов.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ВОД.»
1.1. Оценка качества природных, питьевых и технических вод
1.2. Лабораторно производственный контроль качества воды в системах хозяйственно питьевого и производственного водоснабжения
1.3. Контроль предварительной обработки воды, процессов коагулирования, отстаивания, фильтрования
1.4. Контроль процессов обеззараживания воды
1.5. Контроль процессов фторирования, обесфторивания, обезжелезивания воды, удаления марганца
1.6. Контроль процессов стабилизационной обработки воды. Удаление газов: кислорода, сероводорода
1.7. Контроль процессов умягчения, опреснения и обессоливания воды
1.8. Контроль гидрохимического режима работы оборотных систем охлаждающего водоснабжения
1.9. Контроль процесса охлаждения воды
1.10. Упражнения и задачи
РАЗДЕЛ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
2.1. Общие положения
2.2. Классификация сточных вод. Виды загрязнений и методы их удаления
2.3. Контроль процессов механической очистки сточных вод
2.4. Контроль работы сооружений аэробной биологической очистки сточных вод
2.5. Контроль процессов доочистки и обеззараживания сточных вод
2.6. Контроль процессов обработки осадков. Процессы метанового брожения и контроль работы метантенков
2.7. Контроль работы сооружений обезвоживания и сушки осадка
2.8. Контроль процессов обработки промышленных стоков и методов извлечения из них вредных веществ
2.9. Контроль деструктивных методов Очистки промышленных сточных вод
2.10. Упражнения и задачи
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Контроль качества воды, Алексеев Л.C., 2009 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.

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

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

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

Перед утилизацией осадок должен подвергаться предварительной обработке.

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

Для обработки осадков строят специальные сооружения:

метатенки;

аэробные стабилизаторы,

различные установки для обезвоживания и сушки,

иловые площадки.

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

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

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

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

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

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

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

Сжигание осадков

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

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

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

Последовательность операций по обработке осадка следующая:

предварительная обработка на решетках;

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

обработка реагентом – флокулянтом и обезвоживание на центр- прессах;

транспортировка обезвоженных осадков к печам сжигания;

сжигание в печах «Пирофлюид» с псевдосжиженным слоем песка.

Сточные воды

Очистные сооружения

осадок

зола

Суспензии, выделяемые 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.

Влияние исходного качества воды на эффект обеззараживания	Сростом мутности, цветности и рН ухудшается	При наличии в воде органических веществ бактерицидный эффект не изменяется	С ростом концентрации взвешенных веществ бактерицидная активность падает	С ростом концентрации взвешенных веществ, температуры, солевого состава приуменьшается	Наличие взвешенных веществ резко снижает эффект обеззараживания	Не влияет
Влияние на органолептические свойства воды	Улучшает: окисляет фенолы до продуктов, не обладающих хлорфенольными запахами	Ухудшает: запах йода, которыйулетучивается через 40-50 мин	Улучшает: устраняет запахи	Не влияет	Не влияет	Улучшает: уничтожает запах
Период после действия	Сутки и более в зависимости от дозы			90-150сутв зависимостиот дозы		На кишечную палочку не действует
Время обеззараживания, мин					Мгновенно
Метод	Хлорирование	Йодирование	Озонирование	Обработка ионами серебра	Обработка УФ-лучами	Гамма-облучение

Постоянной массы. В жидких осадках оно приблизительно близ­ко к концентрации взвешенных веществ, определяемых фильтро­ванием или центрифугированием.

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 Fe, Mg, А1, Сг, солей Са (карбонатов и сульфатов) и Si.

Токсичность. Металлы, содержащиеся в осадках производствен­ных сточных вод (медь, хром, кадмий, никель, цинк, олово), ток­сичны. Они обладают способностью вызывать в организме чело­века различные виды биологических эффектов - общетоксичный, мутагенный и эмбриотоксический. Степень токсичности и опас­ности различных металлов неодинакова и может быть оценена по Величинам среднелетальных доз для лабораторных животных. Ре­зультаты опытов показывают, что наиболее токсичными для жи­вотных являются хром и кадмий.

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.

Возможность безопасного складирования осадков сточных вод определяется следующими характеристиками и свойствами осад­ков: кажущейся вязкостью и связанной с ней текучестью осадков, а также характером воды, содержащейся в осадке.

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 , которая может быть легко удалена, и связанной, включающей коллоидальную гидратную воду, капил­лярную, клеточную и химически связанную воду. Выделение 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= f (5"), где V- скорость сушки, г/мин; S - 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 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 S 2 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.

Важнейшим показателем способности осадков сточных вод во влагоотдаче является удельное сопротивление. Величина удельно­го сопротивления (г) является обобщающим параметром и опре­деляется по формуле

Где Р- давление (вакуум), при котором происходит фильтрова­ние осадка; F - площадь фильтрующей поверхности; ri - вязкость фильтрата; С - масса твердой фазы осадка, отлагающегося на фильтре при получении единицы объема фильтрата;

Здесь т - продолжительность фильтрования; V- объем выде­ляемого осадка.

Влажность. Этот параметр учитывает изменение состава и свойств осадка в процессе их обработки и складирования.

Сжимаемость осадка. С увеличением перепада давления поры кека исчезают и возрастает сопротивление фильтрованию. Коэф­фициент сжимаемости осадка (S ) определяют по формуле

gr 2 -gr {

Lgp2-lgi?" (2-5)

Где г, и г2 - удельное сопротивление осадка, вычисляемое по фор­муле (2.3) соответственно при давлении />, и Р2.

Скорость фильтрования воды будет увеличиваться, оставаться постоянной или уменьшаться при увеличении Р в соответствии с тем, будет ли значение Sменьше, равно или больше единицы.

Нерастворимые кристаллические вещества обычно сжимают­ся с трудом (5близко к 0 или < 0,3). Суспензии с гидрофильны­ми частицами имеют высокую сжимаемость (5> 0,5, достига­ющий, а иногда превышающий 1,0).

Для многих видов органических осадков существует даже «кри­тическое давление», выше которого поры кека закрываются на­столько, что дренирование становится невозможным. Например, для осадка городских сточных вод фильтрование под давлением выше 1,5 МПа почти безрезультатно. Вот почему полагают, что постепенное увеличение давления имеет некоторые преимущества, задерживая уплотнение кека.

Максимальное содержание сухого вещества в осадке при данном давлении. Влага в осадках может находиться в химической, физи­ко-химической и физико-механической связи с твердыми части­цами, а также в форме свободной влаги. Чем больше связанной влаги в осадке, тем больше энергии нужно затратить для ее уда­ления. Увеличение водоотдачи осадков достигается перераспреде­лением форм связи влаги с твердыми частицами в сторону увели­чения свободной и уменьшения связанной влаги различными ме­тодами обработки.

Исследования зависимости коэффициента фильтрации осадков от их влажности показали, что с уменьшением влажности осад­ков снижаются и значения коэффициента фильтрации. При этом можно отметить определенные значения влажности осадков, ниже которых коэффициент фильтрации мало зависит от влажности. Для гидроксидных осадков сточных вод гальванопроизводств она
лежит в области 67-70%, а для осадков после гальванокоагуляци - онной обработки сточных вод - в области 50-55%.

Прочность. Использования одного критерия влажности для прогнозирования возможности хранения шламов, образующихся при очистке сточных вод, недостаточно. Поэтому для оценки воз­можности складирования осадков используются их прочностные характеристики - прочность на срез и несущая способность, ток­сичность, вымываемость, влажность, устойчивость (прочность) и фильтруемость.

Вымываемость. Тяжелые металлы содержатся в осадках в виде гадроксидов или труднорастворимых солей, например карбонатов, фосфатов, хроматов, сульфидов и др. Использование литератур­ных данных о растворимости соединений металлов в воде не по­зволяет с достаточной точностью определить класс опасности осадков, так как при этом не учитываются сложные физико-хи­мические процессы, протекающие при складировании осадков. Более надежные данные можно получить путем исследований осадков сточных вод на вымываемость.

Количество вымываемых загрязнений зависит от многих фак­торов. С точки зрения фазового состава осадки сточных вод мо­гут быть охарактеризованы как кристаллическая решетка с раство­римыми и полурастворимыми составляющими и порами, запол­ненными жидкостью. Жидкая фаза осадков содержит осадочные количества тяжелых металлов и растворенные соли в виде анио­нов SO4 , СГ, СО2" и др. При складировании осадка происходит физико-химическое старение гидроксидов металлов, в результате чего в жидкую фазу переходят десорбированные катионы и анио­ны, уменьшается значение рН и возрастает солесодержание, спо­собствующее снижению произведений растворимости гидро­ксидов. При воздействии на осадок выщелачивающей жидкости растворяются полурастворимые соединения, например гипс, что также приводит к повышению солесодержания жидкой фазы. Если выщелачивающая жидкость содержит ангидриды кислот (серной, угольной, азотной), значение рН также снижается.

Экспериментальное определение вымываемости осадков осу­ществляется в статических и динамических условиях. Сущность статического исследования заключается в замачивании образцов осадка в дистиллированной воде без перемешивания и замены воды с последующим контролем содержания вымываемого ком­понента в воде в течение 6-12 месяцев. Динамическим экспери­ментом предусматривается хранение образцов в естественных условиях на специально оборудованных площадках, где они под­вергаются всем видам внешних атмосферных воздействий (дож­ди, замораживание и т. п.). Вымывание элемента контролируется как в пробах воды, отводимой с площадки, так и по его убыли в осадке за время эксперимента (6-12 месяцев и более).

Водоотдача осадков во многом зависит от размеров их твердой фазы. Чем мельче частицы, тем хуже водоотдача осадков. Орга­ническая часть осадков быстро загнивает, при этом увеличивает­ся количество коллоидных и мелкодисперсных частиц, вследствие чего снижается водоотдача.

На рис. 2.7 показан типовой граф процессов, применяемых для обработки осадков сточных вод.

Современными техническими средствами можно добиться любой степени уменьшения влажности.

В настоящее время применяют (см. рис. 2.7) четыре метода уплотнения и сгущения осадков: гравитационное, флотационное, сгущение в центробежном поле и фильтрование.

Гравитационное уплотнение является наиболее распространен­ным методом уплотнения осадков. Оно просто в эксплуатации и сравнительно недорого. Время уплотнения устанавливается экс­периментально и может быть самым различным - от 2 до 24 ч и более.

С целью снижения продолжительности уплотнения, получения осадка с меньшей влажностью и уменьшения выноса взвешенных веществ из уплотнителя применяют различные приемы: переме­шивание в процессе уплотнения, цикличное сгущение, коагуля­цию, совместное уплотнение различных видов осадков и термо­гравитационный метод.

При перемешивании осадка во время уплотнения происходит частичное разрушение сплошной пространственной структуры осадка. Лопасти мешалки, раздвигая оторванные друг от друга части структурированного осадка, создают условия для беспре­пятственного выхода свободной влаги, ранее захваченной и удер­живаемой пространственной структурой осадка. Медленное пе­ремешивание способствует сближению отдельных частиц осад­ка, что приводит к их коагуляции с образованием крупных агрегатов, которые более интенсивно уплотняются под действи­ем собственной массы.

На рис. 2.8 представлена зависимость степени сгущения осад­ка от продолжительности и скорости перемешивания в стержне­вой мешалке .

Максимальный эффект уплотнения был достигнут при скорос­тях перемешивания конца лопастей мешалки 0,04 м/с, содержание взвешенных веществ в осветленной воде не превышало 50 мг/дм3.

Цикличное сгущение осуществляется путем последовательно­го накапливания сгущенного осадка от нескольких циклов сгуще­ния при медленном перемешивании стержневой мешалкой и от­качивании осветленной воды после каждого цикла сгущения. Эффективность процесса циклического сгущения можно объяс­нить тем, что при росте гидростатического давления, определя­емого числом последовательных циклов сгущения осадка, и мед­ленном механическом перемешивании более интенсивно, чем при одноразовом наливе, наблюдается вторичное образование хлопь­ев в скоагулированном ранее осадке, которое приводит к утяже­лению хлопьев и ускорению уплотнения осадка.

Увеличение гидростатического давления вышележащих сло­ев сгущенного осадка на нижележащие приводит к деформации структуры осадка, сопровождающейся переходом части воды, связанной в хлопьевидных структурах осадка, в свободную воду, удаляемую фильтрацией через поровое пространство слоя сгу­щенного осадка.

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

При термографическом методе уплотнения осадок подвергается нагреву. Во время нагрева гидратная оболочка вокруг частицы осадка разрушается, часть связанной воды переходит в свободную, а поэтому процесс уплотнения улучшается. Оптимальная темпе­ратура нагрева активного ила сточных вод гидролизных заводов составляет 80-90°С. После нагревания в течение 20-30 мин с по­следующей выдержкой ила и уплотнением его влажность сни­жается с 99,5 до 96-95%. Общее время обработки составляет 50-80 мин.

Флотация. Достоинство этого метода состоит в том, что его можно регулировать путем оперативного изменения параметров. К недостаткам метода относятся более высокие эксплуатационные затраты и невозможность накопления большого количества осад­ка в уплотнителе.

Обычно применяют импеллерную, электро - и напорную фло­тацию. Последняя получила наибольшее распространение.

При проектировании флотационного уплотнителя назначают удельную нагрузку по сухому веществу 5-13 кг/(м2 х ч) и гидрав­лическую нагрузку менее 5 м3/(м2 х ч); концентрацию уплотнен­ного осадка принимают: без полиэлектролитов 3-4,5% по сухому веществу, с применением полиэлектролитов 3,5-6% в соответ­ствии с дозой полиэлектролита и нагрузкой.

Объем накопителя осадка должен быть рассчитан на несколь­ко часов, так как по истечении этого времени пузырьки воздуха выходят из осадка и он вновь приобретает нормальную удельную массу.

Фильтрационное уплотнение. Фильтрование чаще всего ис­пользуется как метод механического обезвоживания осадков, а для их сгущения применяется крайне редко. Распространены следующие типы современных уплотнительных фильтров: бара­банный фильтр, барабанный сетчатый фильтр и фильтрующий контейнер.

Для анаэробного сбраживания обычно используют два темпе­ратурных режима: мезофильный при температуре 30-35°С и тер­мофильный при температуре 52-55°С.

Контроль процессов метанового брожения включает систему замеров и анализов твердой, жидкой и газообразной фаз. Замер количества поступающих осадков и активного ила по объему по­зволяет рассчитать суточную дозу загрузки метантенка по объему Д в %. Общий объем метантенка принимают за 100%. Объем по­ступающих осадков за сутки, выраженный в процентах от общего объема метантенка, и составляет объемную дозу загрузки соору­жения. Эта величина может быть выражена либо в процентах от полного объема метантенка, либо в долях от единицы его объема, т. е. в м3 осадка, приходящегося на 1 м3 объема за сутки. Напри­мер, если доза Д = 8%, то второй вариант выражения этой вели­чины 0,08 м3/(м3 х сут).

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

Не реже 1-2 раз в неделю для поступающих и сброженных осад­ков выполняют анализы с определением их влажности и зольнос­ти. Зная влажность и зольность исходных осадков, а также Д, нетрудно подсчитать дозу загрузки метантенка по беззольному веществу Дбз. Эта величина, измеряемая в килограммах беззольно­го вещества, приходящегося на 1 м3 объема сооружения за сутки, аналогична нагрузке на единицу объема, определяемой для аэро­тенков. В зависимости от вида загружаемых осадков и их характе­ристик по влажности и зольности величина Д63 колеблется в ши­роких пределах: для мезофильного режима сбраживания от 1,5 до 6 кг/(м3 х сут), а для термофильного - от 2,5 до 12 кг/(м3 х сут).

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

Учет количества газов брожения производят непрерывно с ис­пользованием приборов автоматической регистрации. Химический анализ состава газов выполняют один раз в декаду или в месяц. Определяют СН4, Н2, С02, N2 и 02. Если процесс проходит устой­чиво, то содержание Н2 - продукта первой фазы брожения - не должно превышать 2%, содержание С02 должно быть не более 30-35%. При этом кислород должен отсутствовать, так как ука­занный процесс строго анаэробный. Присутствие кислорода об­наруживается только из-за несоблюдения полной изоляции от атмосферного воздуха приборов, применяемых для анализа. Ко­личество метана обычно составляет 60-65%, азота - не более 1-2%. Если обычные соотношения в составе газов изменяются, то причины следует искать в нарушении режима брожения.

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

При этом наблюдается резкое падение выхода газа с единицы объема загружаемого осадка и снижение величины рН до 5,0. В газах кислого брожения появляется сероводород H2S, убывает метан СН4 и сильно повышается концентрация углекислоты С02. Все это сопровождается образованием пены и накоплением плот­ной корки внутри метантенка.

При устойчивом режиме брожения содержание НЖК в иловой воде находится на уровне 5-15 мг-экв/дм3, а величина щелочно­сти - 70-90 мг-экв/дм3. Сумма всех органических кислот опре­деляется через эквивалент уксусной кислоты, а щелочность - че­рез эквивалент гидрокарбонат-иона.

Химический состав иловой воды определяют 1-3 раза в неде­лю (по графику определения влажности осадков). В иловой воде, кроме того, определяют содержание азота аммонийных солей, появляющегося вследствие распада белковых компонентов. При нормальной работе метантенка концентрация азота аммонийных солей в иловой воде составляет от 500 до 800 мг/дм3.

По данным анализов и замеров делают ряд расчетов, в резуль­тате которых определяют Д и Д63, процент распада беззольного вещества осадков Р63 (учтенный по изменению влажности и золь­ности), а также по выходу газа Рг, выход газа с 1 кг загруженного сухого вещества и 1 кг сброженного беззольного вещества и рас­ход пара на 1 м3 осадка.

Причинами нарушений нормального брожения могут быть: высокая доза загрузки метантенка свежим осадком, резкое коле­бание температуры и загрузка в метантенк загрязнений, не под­дающихся сбраживанию. В результате воздействия этих причин угнетается деятельность метанпродуцирующих микроорганизмов и снижается интенсивность процесса сбраживания осадка.

Учет работы метантенка производится по форме, данной в табл. 2.17.

При пусконаладочных работах прежде всего проверяется гер­метичность метантенков, наличие предохранительных клапанов, а также наличие и работоспособность перемешивающих устройств; обращается внимание на возможность появления искр вследствие возможного задевания стальных вращающихся частей о неподвиж­ные детали конструкций.

Таблица 2,17 Ведомость месячного учете работы метантенков

Для автоматизированного контроля технологических пара­метров действующих метантенков применяют следующие при­боры.

1. Приборы контроля загазованности помещений и сигнализа­ции взрывобезопасного (до 2%) содержания газов в воздухе. Дат­чик сигнализатора устанавливают на стене в помещении инжек­торной, а показывающий прибор - на щите управления, который может быть удален от датчика на расстояние до 500 м. При до­стижении аварийной концентрации метана в воздухе автоматичес­ки включается аварийный вентилятор и звуковой (световой) сиг­нал аварии.

2. Прибор контроля температуры осадка. Он включает первич­ный прибор - медное или платиновое термосопротивление в гиль­зе, заделанной в резервуар метантенка, и вторичный прибор на щите управления.

3. Для измерения расхода газа от метантенков в качестве пер­вичного преобразователя используется мембранный или колоколь­ный дифманометр, а в качестве вторичного - самописец. Коли­чество выделяемого газа регистрируют ежедневно.

Кроме того, в типовых проектах метантенков предусматрива­ют измерение температуры газа в газопроводах от каждого метан­тенка и измерение давления газа.

Контроль процессов метанового брожения проводят для до­стижения следующих целей:

Сокращение продолжительности сбраживания при достиже­нии заданной степени распада для уменьшения объемов сооруже­ний, а следовательно, капитальных затрат;

Повышение количества биогаза, выделяющегося в процессе брожения, с целью использования его для сокращения затрат на обогрев самих метантенков и дополнительного получения других видов энергии;

Увеличение содержания метана в биогазе для повышения его теплоты сгорания и эффективности утилизации;

Достижение хорошего уплотнения и водоотдающих свойств сброженного осадка для сокращения затрат на сооружения для его обезвоживания.

Основная задача обработки осадков сточных вод заключается в получении конечного продукта, свойства которого обеспечивают возможность его утилизации в интересах народного хозяйства либо сводят к минимуму ущерб, наносимый окружающей среде. Технологические схемы, применяемые для реализации этой задачи, отличаются большим многообразием.

Технологические процессы обработки осадков сточных вод на всех очистных станциях механической, физико-химической и биологической очистки можно разделить на следующие основные стадии: уплотнение (сгущение), стабилизация органической части, кондиционирование, обезвоживание, термическая обработка, утилизация ценных продуктов или ликвидация осадков (схема 2) .

Рисунок 5 - Стадии и методы обработки осадка сточных вод

Уплотнение осадков

Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении в среднем удаляется 60 % влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза.

Для уплотнения используют гравитационный, фильтрационный, центробежный и вибрационный способы. Гравитационный способ уплотнения является наиболее распространенным. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или радиальные отстойники.

Уплотнение активного ила, в отличие от уплотнения сырого осадка, сопровождается изменением свойств ила. Активный ил как коллоидная система обладает высокой структурообразующей способностью, вследствие чего его уплотнение приводят к переходу части свободной воды в связанное состояние, а увеличение содержания связанной воды в иле приводит к ухудшению водоотдачи.

Применяя специальные методы обработки, например обработку химическими реагентами, можно добиться перевода части связанной воды в свободное состояние. Однако значительную часть связанной воды можно удалить лишь в процессе испарения.

Стабилизация осадка

Анаэробная стабилизация

Основным методом обезвреживания осадков городских сточных вод является анаэробное сбраживание. Брожение называется метановым, так как в результате распада органических веществ осадков в качестве одного из основных продуктов образуется метан.

В основе биохимического процесса метанового брожения лежит способность сообществ микроорганизмов в ходе своей жизнедеятельности окислять органические вещества осадков сточных вод.

Промышленное метановое брожение осуществляется широким спектром бактериальных культур. Теоретически рассматривают брожение осадков, состоящее из двух фаз: кислой и щелочной.

В первой фазе кислого или водородного брожения сложные органические вещества осадка и ила под действием внеклеточных бактериальных ферментов сначала гидролизуются до более простых: белки -- до пептидов и аминокислот, жиры - до глицерина и жирных кислот, углеводы -- до простых сахаров. Дальнейшие превращения этих веществ в клетках бактерий приводят к образованию конечных продуктов первой фазы, главным образом органических кислот. Более 90 % образующихся кислот составляют масляная, пропионовая и уксусная. Образуются и другие относительно простые органические вещества (альдегиды, спирты) и неорганические (аммиак, сероводород, диоксид углерода, водород).

Кислую фазу брожения осуществляют обычные сапрофиты: факультативные анаэробы типа молочнокислых, пропионовокислых бактерий и строгие (облигатные) анаэробы типа маслянокислых, ацетонобутиловых, целлюлозных бактерий. Большинство видов бактерий, ответственных за первую фазу брожения, относится к спорообразующим формам. Во второй фазе щелочного или метанового брожения из конечных продуктов первой фазы образуются метан и угольная кислота в результате жизнедеятельности метанообразующих бактерий -- неспороносных облигатных анаэробов, очень чувствительных к условиям окружающей среды.

Метан образуется в результате восстановления СО 2 или метильной группы уксусной кислоты:

где АН 2 - органическое вещество, служащее для метанообразующих бактерий донором водорода; обычно это жирные кислоты (кроме уксусной) и спирты (кроме метилового).

Многие виды метанообразующих бактерий окисляют молекулярный водород, образующийся в кислой фазе Тогда реакция метанообразования имеет вид:

Микроорганизмы, использующие уксусную кислоту и метиловый спирт, осуществляют реакции:

Все перечисленные реакции являются источниками энергии для метанообразующих бактерий, и каждая из них представляет собой серию последовательных ферментативных превращений исходного вещества. В настоящее время установлено, что в процессе метанообразования принимает участие витамин В 12 , которому приписывают основную роль в переносе водорода в энергетических окислительно-восстановительных реакциях у метанообразующих бактерий.

Считается, что скорости превращения веществ в кислой и метановой фазах одинаковы, поэтому при устойчивом процессе брожения не происходят накопления кислот -- продуктов первой фазы.

Процесс сбраживания характеризуется составом и объемом выделяющегося газа, качеством иловой воды, химическим составом сброженного осадка.

Образующийся газ состоит в основном из метана и диоксида углерода. При нормальном (щелочном) брожения водород как продукт первой фазы может оставаться в газе в объеме не более 1 - 2%, так как используется метанообразующими бактериями в окислительно-восстановительных реакциях энергетического обмена.

Выделившийся при распаде белка сероводород Н 2 S практически не попадает в газ, так как в присутствии аммиака легко связывается с имеющимися ионами железа в коллоидный сульфид железа.

Конечный продукт аммонификации белковых веществ -- аммиак -- связывается с углекислотой в карбонаты и гидрокарбонаты, которые обусловливают высокую щелочность иловой воды.

В зависимости от химического состава осадков при сбраживании выделяется от 5 до 15 м 3 газа на 1 м 3 осадка.

Скорость процесса брожения зависят от температуры. Так, при температуре осадка 25 - 27°С процесс длится 25 - 30 дней; при 10°С продолжительность его увеличивается до 4 месяцев и более. Для ускорения сбраживания и уменьшения объема необходимых для этого сооружений применяют искусственный подогрев осадка до температуры 30 -35°С или 50 - 55°С.

Для нормально протекающего процесса метанового брожения характерны слабощелочная реакция среды (рН? 7,б), высокая щелочность иловой воды (65--90 мг-экв/л) и низкое содержание жирных кислот (до 5 - 12 мг-экв/л). Концентрация аммонийного азота в иловой воде достигает 500 - 800 мг/л.

Нарушение процесса может быть результатом перегрузки сооружения, изменения температурного режима, поступления с осадком токсичных веществ и т. д. Нарушение проявляется в накопления жирных кислот, снижении щелочности иловой воды, падении рН. Резко уменьшается объем образующегося газа, увеличивается содержание в газе угольной кислоты и водорода -- продуктов кислой фазы брожения.

Кислотообразующие бактерии, ответственные за первую фазу брожения, более выносливы ко всякого рода неблагоприятным условиям, в том числе и к перегрузкам. Осадки, поступающие на сбраживание, в значительной степени обсеменены ими. Быстро размножаясь, кислотообразующие бактерии увеличивают ассимиляционную способность бактериальной массы и таким образом приспосабливаются к возросшим нагрузкам. Скорость первой фазы при этом возрастает, в среде появляется большое количество жирных кислот.

Метановые бактерии размножаются очень медленно. Время генерации для некоторых видов составляет несколько дней, поэтому они не в состоянии быстро увеличивать численность культуры, а содержание их в сыром осадке незначительно. Как только нейтрализующая способность бродящей массы (запас щелочности) оказывается исчерпанной, рН резко снижается, что приводит к гибели метанообразующих бактерий.

Большое значение для нормального сбраживания осадка имеет состав сточных вод, в частности наличие в них таких веществ, которые угнетают или парализуют жизнедеятельность микроорганизмов, осуществляющих процесс сбраживания осадка. Поэтому вопрос о возможности совместной очистки производственных я бытовых сточных вод следует разрешать в каждом отдельном случае в зависимости от их характера и физико-химического состава.

При смешивании бытовых сточных вод с производственными необходимо, чтобы смесь сточных вод имела рН=7 - 8 и температуру не ниже 6°С и не выше

30°С. Содержание ядовитых или вредных веществ не должно превышать предельно допустимой концентрации для микроорганизмов, развивающихся в анаэробных условиях. Например, при содержания меди в осадке более 0,5% сухого вещества ила происходит замедление биохимических реакций второй фазы процесса сбраживания и ускорение реакций кислой фазы. При дозе гидроарсенита натрия 0,037% к массе беззольного вещества свежего осадка замедляется процесс распада органического вещества.

Для обработки и сбраживания сырого осадка применяют три вида сооружений: 1) септики (септиктенки); 2) двухъярусные отстойники; 3) метантенки.

В септиках одновременно происходит осветление воды и перегнивание выпавшего из нее осадка. Септики в настоящее время применяют на станциях небольшой пропускной способности.

В двухъярусных отстойниках отстойная часть отделена от гнилостной (септической) камеры, расположенной в нижней части. Развитием конструкции двухъярусного отстойника является осветлитель-перегниватель.

Для обработки осадка в настоящее время наиболее широко используют метантенки, служащие только для сбраживания осадка при искусственном подогреве и перемешивании.

Сброженный осадок имеет высокую влажность (95 - 98%), что затрудняет применение его в сельском хозяйстве для удобрения (из-за трудности перемещения обычными транспортными средствами без устройства напорных разводящих сетей). Влажность является основным фактором, определяющим объем осадка. Поэтому основной задачей обработки осадка является уменьшение его объема за счет отделения воды и получение транспортабельного продукта.