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?

Статьи Рисунки Таблицы

Контроль процессов обработки осадков. Процессы метанового брожения и контроль работы метантенков

из "Контроль качества воды"

Суспензии, вьщеляемые из отработанных и сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической (ре-агентной) очистки, представляют собой осадки.
Свойства осадков целесообразно разделить на характеризующие их природу и структуру, а также обусловливающие их поведение в процессе обезвоживания.
Содержание беззольного вещества выражается в процентах по массе от содержания сухого вещества. Определяется сжиганием при температуре 550-600°С.
В гидрофильных органических осадках этот показатель часто близок к содержанию органических веществ и характеризует содержание азотистых веществ.
Элементарный состав особенно важен для органических осадков, в первую очередь по таким показателям, как содержание углерода и водорода для определения степени стабилизации или установления общей кислотности азота и фосфора для оценки удобрительной ценности осадка тяжелых металлов и др.
Для неорганических осадков часто полезно определять содержание Ре, М, А1, Сг, солей Са (карбонатов и сульфатов) и 81.
Согласно принятым в настоящее время предельно допустимым концентрациям, учитывающим наряду с токсичностью и кумулятивные свойства веществ, наибольшую опасность для здоровья населения представляют кадмий, хром, никель менее опасными являются медь и цинк.
Осадки очистных сооружений гальванических производств, содержащих оксиды тяжелых металлов, относятся к четвертому классу опасности, т.е. к малоопасным веществам.
Формирование осадков с заданными свойствами начинается с выбора тех методов очистки, которые обеспечивают возможность утилизации или безопасного складирования осадков, сокращение затрат на их обезвоживание и сушку.
Кажущуюся вязкость и связанную с ней текучесть осадков можно рассматривать как меру интенсивности сил взаимосвязи между частицами. Она также позволяет оценить тиксотропный характер осадка (способность осадка образовывать гель в состоянии покоя и возвращать текучесть даже при слабом встряхивании). Это свойство очень важно для оценки способности осадка к сбору, транспортированию и перекачиванию.
Иловая суспензия не является ньютоновской жидкостью, поскольку найденное значение вязкости очень относительно и зависит от приложенного напряжения сдвига.
Характер воды, содержащейся в осадке. Эта вода представляет собой сумму свободной воды, которая может быть легко удалена, и связанной, включающей коллоидальную гидратную воду, капиллярную, клеточную и химически связанную воду. Вьщеление связанной воды требует значительных усилий. Например, клеточная вода сепарируется только тепловой обработкой (сушкой или сжиганием).
Приблизительное значение этого соотношения может быть получено термогравиметрически, т.е. построением кривой потери массы образцом уплотненного осадка при постоянной температуре и обработке в соответствующих условиях. Точку, в которой термограмма имеет перелом, можно определить построением зависимости К=Г(.У), где V- скорость сушки, г/мин. У - содержание сухого вещества в образце, % (рис. 2.6).
Соотношение между свободной и связанной водой является решающим фактором в оценке способности осадка к обезвоживанию.
Из рис. 2.6 видно, что первая критическая тока 5 определяет количество воды, способной удаляться из осадка при постоянной скорости сушки (фаза 1), и представляет собой содержание сухого вещества в осадке после потери свободной воды. Далее удаляется связанная вода сначала до точки S2 при линейной связи снижения скорости сушки с ростом содержания сухого вещества (фаза 2), а затем - при более резком уменьшении темпов снижения скорости сушки (фаза 3).
К этим факторам относятся способность к уплотнению удельное сопротивление числовые характеристики сжимаемости осадка под влиянием увеличивающегося давления (сжимаемость осадка) определение максимального процентного содержания сухого вещества в осадке при данном давлении .
Способность к уплотнению определяется из анализа седимен-тационной кривой для осадка. Эту кривую вычерчивают на основании лабораторных исследований в сосуде, оборудованном медленно работающей мешалкой. Кривая характеризует степень разделения массы осадка в сосуде в зависимости от времени пребывания в нем.
Здесь т - продолжительность фильтрования V - объем вьще-ляемого осадка.
Влажность. Этот параметр учитывает изменение состава и свойств осадка в процессе их обработки и складирования.

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

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

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

Методы уплотнения активного ила

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Обезвоживание осадков

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

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

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

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

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

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

План:

1. НАЗНАЧЕНИЕ СООРУЖЕНИЙ ПО ОБРАБОТКЕ ОСАДКОВ

2. ПРОЦЕССЫ МЕТАНОВОГО БРОЖЕНИЯ И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

3. КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ СУШКИ И ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКОВ

1. При полной биологической очистке из сточной воды извле­кается до 90-95% первоначального содержания загрязнений, оцениваемого количеством взвешенных веществ и величиной БПК, а при наличии фильтров доочистки - до 98-39%. Эти загрязнения, частью в своем первоначальном виде (осадок пер­вичных отстойников), частью преобразованные в активный ил или биопленку, аккумулируются в виде осадков, общий объем которых составляет не более 0,5-1,5% объема обработанной во­ды. Таким образом, решение проблемы обработки большого ко­личества воды с относительно низкой концентрацией загрязне­ний влечет за собой необходимость решения новой проблемы - обработки относительно небольшого количества концентриро­ванных осадков.

Обработка осадков сточных вод преследует прежде всего санитарные цели. Сухое вещество осадков состоит на 65-75% из органических веществ, способных загнивать с выделением крайне неприятных запахов. Если учесть при этом высокую степень инвазионности (зараженности) осадков болезнетвор­ными бактериями и яйцами глистов, то становится очевидным, что обезвреживание (обеззараживание) является обязательной стадией обработки осадков.

Разложение органических веществ осадков может быть осу­ществлено биохимическим путем как в аэробных, так и в ана­эробных условиях. Первый вариант окисления уже был рас­смотрен в гл. VII. Второй вариант-анаэробное биохимическое окисление - широко применяется в нашей стране при обработке осадков городских сточных вод. На станциях малой про­изводительности для этой цели применяются двухъярусные от­стойники, осветлители-перегниватели, а на станциях большой производительности -метантенки. При сбраживании осадков эффект обеззараживания по бактериальным загрязнениям мо­жет быть очень высоким, особенно в условиях термофильных температур.

В осадках при высокой концентрации в них сухого веще­ства все еще содержится 92-98% воды. Транспортирование излишней воды, например при использовании осадков в ка­честве удобрений, нерентабельно. Поэтому важной задачей в общей системе обработки осадков является удаление излиш­ней влаги. Современными техническими средствами можно до­биться любой степени уменьшения влажности. Процессы сни­жения влаги до 70-80% принято называть обезвоживанием, а с 70-80% до 5-40%-сушкой осадков. Разные названия двух степеней удалении влаги носят УСЛОВНЫЙ характер, но они могут быть до" некоторой степени оправданы тем, что каждая степень соответствует разрушению определенного вида связи воды в осадке.

Поскольку сушка осуществляется в аппаратах при высокой температуре, то одновременно с интенсивным испарением вла­ги происходит полная дезинфекция осадка.

Кроме перечисленных выше приемов обработки осадков применяется и способ уничтожения их путем сжигания (в тех случаях, когда полезное использование осадков затруднительно И неэкономично).

Компоновка системы полной обработки осадка может быть самой разнообразной, в особенности па станциях малой и сред­ней производительности. Так, стадия сбраживания осадка мо­жет вообще отсутствовать. В этом варианте обезвоживаются сырые осадки, после чего они подвергаются дезинфекции (ком­постированием, облучением, прогреванием и т. п.) либо сжи­гаются. На станциях большой производительности, как правило, устраиваются метантенки с последующим обезвоживанием и сушкой сброженного осадка в естественных или искусственных условиях.

2. Для описания процессов распада органических веществ при сбраживании осадков широко пользуются схемой, предложен­ной Баркером. По этой схеме процесс брожения состоит из двух фаз - кислой и метановой, последовательно сменяющих друг друга и протекающих с одинаковыми скоростями. Первую фазу брожения называют кислой потому, что основным конеч­ным продуктом распада органических веществ являются низшие органические кислоты ряда предельных углеводородов, называемые низшими жирными кислотами (НЖК). К ним относятся кислоты: муравьиная, уксусная, пропионовая, мас­ляная и другие с содержанием до пяти-шести атомов уг­лерода.

Присутствие кислот в среде обусловливает ее кислую реак­цию. Кроме НЖК продуктами распада первой фазы являются
низшие жирные спирты, аминокислоты, некоторые альдегиды
и кетоны, глицерин, а также углекислота, водород, сероводо­род, аммиак и некоторые другие соединения. Осуществляют эту фазу процесса бактерии, относящиеся К факультативным анаэробам (молочнокислые бактерии, уксуснокислые, пропионовокислые и т. п.) и к облигатным анаэробам (маслянокислые бактерии, целлюлозные, ацетонобутиловые и др.).

Вторую фазу процесса называют щелочной, или метановой. Реакция среды в этой фазе щелочная (рН = 7,6^8). Продукты распада первой фазы перерабатываются бактериями второй фазы брожения с образованием в основном углекислоты и ме­тана. Бактерии этой фазы - облигатные анаэробы. Выделено сравнительно немного чистых культур метанообразующих бак­терий. В основном они относятся к трем родам - метанобак-териям, метаносарцинам и метанококкам.

Поскольку скорости процессов в обеих фазах одинаковы, то в сбраживаемой массе не происходит накапливания продуктов первой фазы и они обнаруживаются лишь в небольшом коли­честве. Однако, если имеют место какие-либо нарушения тех­нологического режима, то среда становится кислой, поскольку в первую очередь гибнут наиболее чувствительные ко всякого рода нежелательным изменениям бактерии метановой фазы про­цесса. Осадок в этом случае приобретает крайне неприятный запах, обусловленный наличием кислот, спиртов, производных сероводорода и меркаптанов. Происходит «закисание» метан-тенка.

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 метан-тенка по объему Д, % 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 м 3 осадка, приходящегося на 1 м 3 объема за сутки. Например, если доза Д=8%, то второй вариант выражения этой величины 0,08 м 3 /(м 3 -сут).

Принимают, что в процессе сбраживания объем осадка и общее количество поступившей в метантенк воды не изменя­ются. Таким образом, в учете пренебрегают количеством влаги, поступающим с перегретым паром (используемым для нагрева сбраживаемой массы), а также теряющимся 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 м 3 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 Дбз колеблется в широких пределах: для мезофиль-ного режима сбраживания от 1,5 до б кг/(м 3 -сут), а для термо­фильного- от 2,5 до 12 кг/(м 3 -сут).

В процессе сбраживания от 35 до 55% органического ве­щества распадается с выделением продуктов в газ и иловую воду. По современным представлениям газы брожения продуци­руют только жиро-, белково- и углеводоподобные соединения. При распаде остальных органических компонентов осадков про­дукты распада переходят в растворенную фазу, т. е. в иловую во­ду. В результате процессов брожения увеличивается влажность и зольность осадков.

Исследованиями установлено, что больше всего газа обра­зуется при сбраживании жироподобных веществ, меньше все­го - при распаде белковоподобных. Количественная оценка по выходу газа получена из следующих соображений. При сбра­живании, например, жироподобных соединений (ж) выделя­ется 1250 мл газов с 1 г распавшихся веществ. В составе газов находится 68% метана и 32% углекислоты. Плотность газа указанного состава составляет 1,05 г/л. Следовательно, при распаде 1 г жироподобных веществ выделяется газов (по мас­се): 1,25-1,05=1,31 г/г. Превышение массы образовавшихся газов над массой исходного вещества объясняется участием воды в реакциях брожения. Далее было установлено, что био­химическим путем жироподобные вещества не могут быть сбро­жены полностью (на 100%). Существует своеобразный предел сбраживания, по достижении которого дальнейший распад ве­щества, если он и имеет место, не сопровождается выходом газа. Для жироподобных соединений этот предел определяется равным 70%- Таким образом, при распаде 1 г загружаемых в метантенк жироподобных веществ максимально может обра­зоваться газов 1,31-0,7=0,92 г/г. Для углеводоподобных ве­ществ у найдено, что с 1 г может быть получено 790 мл газов со­става 50% СН 4 и 50% СОг с плотностью этой смеси 1,25 г/л. Найдено, что предел сбраживания углеводоподобных веществ составляет 62,5%, а следовательно, при распаде 1 г этих ве­ществ может образоваться 0,62 г газов. При сбраживании белковоподобных веществ б выход газов составляет 704 мл/г. Со­став газов: 71% СН 4 и 29% СОг с ПЛОТНОСТЬЮ газов 1,01 г/л. Предел сбраживания составляет 48%- lit них данных следует, что с 1 г загруженных белковоподобных веществ может быть получено 0,34 г газов.

Поскольку никакие другие органические компоненты газов не образуют, то, зная содержание газообразующих компонен­тов, нетрудно подсчитать теоретически ожидаемый максималь­но возможный ВЫХОД газа, или предел сбраживания

а = 0,92ж + 0,62у -f 0,346,

где ж, у и б длим в граммах на 1 г массы загружаемого осадка.

При эксплуатации метантенков химический анализ осадков на содержание газообразующих компонентов, а также фосфа­тов, СПАВ, азота общего выполняют обычно 1 раз в квартал (реже 1 раз в месяц). Анализ делают из средних проб, наби­раемых за период исследования. Используют высушенные осад­ки, остающиеся после определения влажности.

Учет количества газов брожения производится непрерывно использованием приборов автоматической регистрации. Хи­мический анализ состава газов выполняют 1 раз в декаду или В месяц. Определяют СН 4 , Н 2 , С0 2 , N 2 , 0 2 и др. Если процесс проходит устойчиво, то содержание Н 2 - продукта первой фа-ti.i брожения - не должно превышать 2%, содержание С0 2 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 «закисания» метантенка, что обязательно отразится и на химическом составе иловой воды. В ней в большом количестве появятся продукты кислой фазы, в частности НЖК, при одно­временном снижении щелочности иловой воды, определяемой, кроме, НЖК, содержанием карбонатных и гидрокарбонатных

соединений.

При устойчивом режиме брожения содержание НЖК в ило­вой воде находится на уровне 5-15 мг-экв/л, а величина ще­лочности - 70-90 мг-экв/л. 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/л. По данным анализов и замеров делают ряд расчетов, в ре­зультате которых определяют Д и Дъ 3 , процент распада без­зольного вещества осадков Pq 3 (учтенный по изменению влаж­ности и зольности), а также по выходу газа Р г, выход газа с 1 кг загруженного сухого вещества и 1 кг сброженного без­зольного вещества и расход пара на 1 м 3 осадка.

3. В зависимости от схемы и состава сооружений очистной станции на обезвоживание и сушку могут быть поданы осадок из первичных отстойников и активный ил - раздельно или в смеси, сырыми или сброженными. Все указанные разновидно­сти осадков резко отличаются друг от друга по качеству- со­держанию воды, химическому составу, физическим свойствам. В процессе обезвоживания и сушки удаление влаги проис­ходит в результате последовательного разрушения связей воды с твердой фазой с последующим механическим разделением двух фаз-тв.ердой и жидкой. Всю содержащуюся в осадках влагу подразделяют (по классификации П. А. Ребиндера) на следующие категории в зависимости от форм и энергии связей двух фаз: избыточная, осмотическая, вода макропор (удельное сопротивление г>10 _5 см), иммобилизованная (захваченная) структурой, вода микропор (г^10 _б см), адсорбционная.

При уплотнении в обычных уплотнителях (под действием сил гравитации) из осадков может быть удалена только избы­точная влага. Количество избыточной влаги, например в ак­тивном иле, составляет до 3% и удаление этой влаги соответст­вует изменению влажности от 99,5 до 96,5%. Путем вакуум-фильтрации кроме избыточной удаляется осмотическая вода и во­да макропор. После вакуум-фильтрации осадки имеют влажность от 75 до 85%, и, следовательно, в осадках находится воды ос­мотической и воды макропор примерно от 10 до 20%. Центри­фугированием с помощью мощных центрифуг с большим чис­лом оборотов можно удалить дополнительно воду, иммобили­зованную структурой. Воды этого вида в осадках немного (порядка 1-2%). Термической сушкой в условиях высоких температур может быть удалена практически вся остальная влага.

Количественное соотношение воды различных форм связи в осадках разных видов неодинаково, а потому и неодинаков тот результат, который достигается применением одного и того же способа обработки для разных осадков. Характеристика ко­личественного распределения воды разных форм связи может быть получена путем специального исследования при сушке образца осадка в изотермическом режиме.

Термографическое исследование образцов пока еще не выш­ло из стадии научного эксперимента, но именно этот метод наи­более перспективен для характеристики гидродинамических и физико-химических свойств осадков, что необходимо для даль­нейшего развития теории процессов обезвоживания и сушки. В настоящее время в качестве одной из основных характе­ристик способности осадков отдавать влагу принимают удель­ное сопротивление фильтрации. Эта величина представляет собой гидродинамическое сопротивление, которое оказывает потоку фильтрата равномерный слой осадка с массой, равной единице, на площади фильтра, также равной единице. Величи­на эта измеряется в см/г. Фильтрация в этом случае должна проходить под вакуумом строго заданной величины.

Чем выше удельное сопротивление, тем труднее осадки от­дают влагу и тем хуже обезвоживаются как в естественных ус­ловиях, так и в различных аппаратах.

Фильтруемость осадков можно улучшить путем промывки очищенной водой, реагентной и тепловой обработки или про­мораживании.

Первый вариант площадок принимается при хорошо фильт­рующих грунтах и при глубоком залегании грунтовой воды. Профильтрованная через слой почвы иловая вода попадает в поток грунтовых вод. Отфильтровывается вода избыточная, а если осадок подвергался промораживанию или длительному воздействию солнечных лучей, то удаляется некоторая часть более прочно связанной воды. Основная же часть влаги на та­ких площадках удаляется из осадка путем испарения.

Осадки, высушенные в естественных условиях, могут иметь влажность 70-80%. Продолжительность сушки зависит от ви­да обрабатываемого осадка, гидрогеологических и климатиче­ских условий, выполнения эксплуатационных требований и т. п. и колеблется от 1 года до 5 лет.

Контроль за процессом сушки проводят путем определения влажности проб осадков, отобранных в нескольких местах площадки и с разных глубин. Кроме того, ведется санитарно-оактсриологический контроль с определением бактерий кишеч­ной палочки и яиц гельминтов. Осадок вывозят на сельскохо­зяйственные поля только после получения удовлетворительного результата санитарного анализа.

При использовании иловых площадок с поверхностным от­водом воды кроме определений, указанных выше для твердой фа 1Ы, периодически контролируют качество иловой воды, передаваемой на повторную обработку. Если эта вода попадает в головные сооружения очистных станций, то она анализиру­ется точно так же, как и вода, поступающая на станцию с объ­екта канализования.

Контроль работы площадок-уплотнителей проводится ана­логично контролю иловых площадок с поверхностным отводом воды.

Обезвоживание на вакуум-фильтрах включает кроме основ­ной операции ряд предварительных: промывку осадков очищен­ной водой (для сброженных осадков), уплотнение в отстойни­ках, смешение с реагентами. Контролируются как основная, так и все дополнительные операции.

Количество промывной воды, в качестве которой использу­ют очищенную воду из вторичных отстойников, назначают ис­ходя из величины удельного сопротивления (по рекомендациям СНиП П-32-74). Если удельное сопротивление не измеряют, то принимают соотношение количеств промывной воды и осадка от 2:1 до 4:1. После интенсивного перемешивания, в результате чего из осадка в воду переходят растворенные и коллоидные вещества, а также мелкая взвесь, смесь промывной воды с осадком подается в уплотнитель. Отмытый осадок после уплот­нения в течение 12-18 ч имеет влажность 94-96%; сливная вода с концентрацией взвешенных веществ 1 -1,5 г/л и БПКполн, равной 0,6-0,9 г/л, перекачивается в систему сооружений по очи­стке сточной воды. Оценка качества сливной воды производится по набору показателей и по графику проведения анализов, анало­гичным указанным выше для сточной воды, поступающей на очи­стную станцию с объекта канализования. Определение влажно­сти уплотненного осадка проводится 1-3 раза в сутки с целью более точного дозирования реагентов.

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 фильт-руемости осадков, в то же время перерасход дефицитных ве­ществ влечет за собой необоснованное удорожание стоимости эксплуатации.

Работа вакуум-фильтра оценивается величиной производи­тельности аппарата-количеством осадка по сухому веществу, снятым с 1 м 2 поверхности фильтра за 1 ч, для чего периоди­чески определяют влажность кека. Качество и количество* фильтрата учитывают с целью более полного анализа работы отстойника-уплотнителя, куда его передают для интенсифика­ции процессов уплотнения сброженного осадка. Периодически и при необходимости выполняют санитарно-бактериологиче-ский анализ сброженных осадков.

В технологическом отчете о работе вакуум-фильтров указыва­ют также основные технические данные по каждому фильтру скорость вращения барабана, величину вакуума, вид и частоту обработки ткани и др.

Обезвоживание на центрифугах применяется на станциях малой и средней производительности.

Характеристика работы этого аппарата включает оценку его производительности по объему переработанного осадка, от­несенному к единице времени (обычно 1 ч), эффективности за­держания сухого вещества, влажности кека и качеству фугата. При центрифугировании, так же как при вакуум-фильтрации, проводят санитарно-бактериологическую оценку осадков.

Кроме технологических характеристик в отчете о работе центрифуг обязательно указываются технические данные аппа­рата - скорость вращения, диаметр входного и сливного патруб­ков и т. п.

Термическая сушка осадков. Наиболее освоенной в эксплу­атации является сушилка барабанного типа, однако в перспек­тиве, по-видимому, большее распространение будут иметь су­шилки фонтанирующего типа (со встречными струями, взве­шенным слоем осадка и т.п.).

Производительность сушилок определяется по массе испа­ряемой влаги в единицу времени из расчета на единицу объ­ема аппарата. Чтобы рассчитать величину производительности, необходимо измерять влажность осадков до и после сушки, что и выполняется не менее 1 раза в сутки. При оценке работы сушилок подсчитывают также затраты тепла на испарение вла­ги, фиксируют температуру топочных газов на входе в сушил­ку и на выходе из нее.

Сушилки фонтанирующего типа часто работают с так на­зываемым «ретуром»-использованием части уже высушенно­го осадка, который подмешивают к осадку, поступающему на сушку. Этот прием используют для уменьшения начальной вла­жности смеси и придания ей свойства сыпучести. При подсче­те производительности сушилки количество и качество ретура учитывается обязательно.

Осадки городских сточных вод имеют большие объёмы, высокую влажность, неоднородный состав и свойства и содержат органические вещества, которые могут быстро разлагаться и загнивать. Осадки заражены бактериальной и патогенной микрофлорой и яйцами гельминтов.

Осадок из первичных отстойников и избыточный активный ил на 65 − 75 % состоят из органических веществ, которые на 80 − 85 % представлены белками, жирами и углеводами.

Осадки сточных вод относятся к труднофильтруемым иловым суспензиям. Водоотдающие свойства осадков характеризуются удельным сопротивлением фильтрации и индексом центрифугирования.

Технологический процесс обработки осадков можно подразделить на следующие основные стадии: уплотнение (сгущение); стабилизация органической части; кондиционирование; обезвоживание; термическая обработка; утилизация ценных продуктов или ликвидация осадков.

Уплотнение илов и осадков сточных вод . Учитывая зависимость отпринятой схемы очистной станции уплотнению могут подвергаться осадки из первичных отстойников, избыточные активные илы, смесь осадка первичных отстойников и избыточного активного ила, флотационный шлам, осадки и илы после стабилизации.

Для уплотнения избыточного активного ила на очистных сооружениях используют вертикальные и радиальные илоуплотнители гравитационного типа или флотационные илоуплотнители, работающие по принципу компрессионной флотации.

Гравитационное уплотнение – наиболее распространенный прием уменьшения объёма избыточного активного ила. Оно в значительной мере уменьшает объём сооружений и затраты электроэнергии, необходимые для последующей его обработки. Конструкции вертикальных и радиальных уплотнителœей аналогичны конструкциям первичных отстойников.

Сбор и удаление осадка в радиальных илоуплотнителях осуществляется илоскребами или илососами. Сопоставление работы вертикальных илоуплотнителœей с радиальными, оборудованными илоскребами и илососами, показало, что наибольшей эффективностью отличаются радиальные илоуплотнители с илоскребами. Это объясняется медленным перемешиванием активного ила в процессе уплотнения, а также меньшей высотой радиальных илоуплотнителœей по сравнению с вертикальными. При перемешивании снижаются вязкость активного ила и его электрокинœетический потенциал, что способствует лучшему хлопьеобразованию и осаждению. По этой причине в современных конструкциях илоуплотнителœей предусматривается устройство низкоградиентных мешалок.

Флотационное уплотнение активного ила позволяет предотвратить его загнивание, сократить продолжительность уплотнения и объёмы сооружений. Флотаторы для уплотнения избыточного активного ила обычно представляют из себярезервуары круглые в плане диаметром 6, 9, 12, 15, 18, 20, 24 м и глубиной 2 – 3 м, различающиеся внутренним оборудованием.

Стабилизация осадков сточных вод и активного ила в анаэробных и аэробных условиях . Стабилизация первичных и вторичных осадков достигается путем разложения органической части до простых соединœений или продуктов, имеющих длительный период ассимиляции окружающей средой. Стабилизация осадков должна быть осуществлена разными методами − биологическими, химическими, физическими, а также их комбинацией.

Наибольшее распространение получили методы биологической анаэробной и аэробной стабилизации. При небольшом количестве осадков применяют септики, двухъярусные отстойники и осветлители − перегниватели. Для обработки больших объёмов осадков применяют метантенки и аэробные минœерализаторы.

В метантенках биохимический процесс стабилизации осуществляется в анаэробных условиях и представляет собой разложение органического вещества осадков в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов до конечных продуктов, в основном метана и диоксида углерода.

Согласно современным представлениям анаэробное метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанные стадии, осуществляемые разными группами бактерий:

1. Стадия ферментативного гидролиза осуществляется быстрорастущими факультативными анаэробами, выделяющими экзоферменты, при участии которых осуществляется гидролиз нерастворенных сложных орга­нических соединœений с образованием более простых растворенных веществ. Оптимальное значение рН для развития этой группы бактерий находится в интервале 6,5 − 7,5.

2. Стадия кислотообразования (кислотогенная) сопровождается выделœением летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов, а также водорода и углекислого газа. Стадия осуществляется быстрорастущими, весьма устойчивыми к неблагоприятным условиям среды гетерогенными бактериями.

3. Ацетатогенная стадия превращения ЛЖК, аминокислот и спиртов в уксусную кислоту осуществляется двумя группами ацетатогенных бактерий. Первая группа, образующая ацетаты с выделœением водорода из продуктов предшествующих стадий, принято называть ацетатогенами, образующими водород:

СН СН СООН + 2Н 2 0 СНзСООН + СО + 3Н 2 .

Вторая группа, также образующая ацетаты и использующая водород для восстановления диоксида углерода, принято называть ацетатогенами, использую­щими водород:

4Н 2 +2С0 2 СН СООН + 2Н 2 0.

4. Метаногенная стадия, осуществляемая медленнорастущими бактериями, являющимися строгими анаэробами, весьма чувствительными к изменениям условий среды, особенно к снижению рН менее 7,0 - 7,5 и температуры. Разные группы метаногенов образуют метан двумя путями:

Расщеплением ацетата:

СН 3 СООН СН 4 + С0 2 ,

Восстановлением диоксида углерода:

С0 2 +Н 2 СН 4 +Н 2 0.

По первому пути образуется 72 % метана, по второму – 28 %.

Процесс сбраживания протекает медленно. Для его ускорения и уменьшения объёма сооружений применяют искусственный подогрев ила. При этом значительно эффективнее идет выделœение газа – метана, который улавливается и должна быть использован в качестве горючего. Учитывая зависимость оттемпературы различают два типа процесса: мезофильный (t=30 − 35) и термофильный (t= 50 − 55).

Метантенки представляют из себягерметичные вертикальные резервуары с коническим или плоским днищем, выполненные из желœезобетона или стали.

Схема метантенка представлена на рис. 3.2.17. Уровень осадка поддерживается в узкой горловинœе метантенка, что позволяет повысить интен­сивность газовыделœения на единицу поверхности бродящей массы и пре­дотвратить образование плотной корки.

Рис. 3.2.17. Метантенк:

1 − подача осадка; 2 − паровой инжектор; 3 − выпуск сброженного осадка;

4 − опорожнение метантенка; 5 − теплоизоляция;

6 – система сбора и отвода газа; 7 − циркуляционная труба; 8 − уровень осадка

Аэробная стабилизация осадков сточных вод − процесс окисления органических веществ в аэробных условиях. В отличие от анаэробного сбраживания аэробная стабилизация протекает в одну стадию:

C 5 H 7 N0 2 +50 2 ->5C0 2 +2H 2 0+NH 3 ,

с последующим окислением NH 3 до N0 3 .

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

Аэробная стабилизация осадков проводится обычно в сооружениях типа аэротенков глубиной 3 − 5 м. Отстаивание и уплотнение аэробно стабилизированного осадка следует производить в течение 1,5 − 5 ч в отдельно стоящих илоуплотнителях или в специально выделœенной зоне внутри стабилизатора. Влажность уплотненного осадка 96,5 − 98,5 %. Иловая вода должна направляться в аэротенки. Схема аэробного стабилизатора представлена на рис. 3.2.18.

Рис. 3.2.18. Схема минœерализатора: I − зона аэрации; II − отстойная зона; III − осадкоуплотнитель; 1 − стабилизированный осадок; 2 − выпуск отстойной воды; 3 − воздуховод; 4 − опорожнение; 5 − иловая смесь; 6 − фугат из цеха механического обезвоживания

Аэробная стабилизация осадков обеспечивает получение биологи­чески стабильных продуктов, хорошие показатели влагоотдачи, простоту эксплуатации и низкие строительные стоимости сооружений. При этом зна­чительные энергетические затраты на аэрацию ограничивают целœесообраз­ность использования этого процесса на очистных сооружениях производи­тельностью более 50 − 100 тыс. м 3 /сут.

Обеззараживание осадков сточных вод . В осадках городских сточных вод находится большое количество патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов, в связи с этим осадки перед утилизацией и хранением крайне важно обеззараживать. Обеззараживание осадков сточных вод достигается разными методами:

Термическими − прогревание, сушка, сжигание;

Химическими − обработка химическими реагентами;

Биотермическими − компостирование;

Биологическими − уничтожение микроорганизмов простейшими, грибками и растениями почвы;

Физическими воздействиями − радиация, токи высокой частоты, ультразвуковые колебания, ультрафиолетовое излучение и т. п.

Общая характеристика процессов обеззараживания осадков сточ­ных вод приведена в табл. 3.2.2. На крупных станциях аэрации целœесооб­разно применение термической сушки механически обезвоженных осадков, позволяющей сократить транспортные расходы и получить удобрение из осадков в виде сыпучих материалов. Важно заметить, что для сокращения топливно-энергетических расходов на станциях аэрации пропускной способностью до 20 тыс. м 3 /сут целœесообразно применение камер дегельминтизации, до 50 тыс. м 3 /сут - методов химического обеззараживания. В случаях, когда осадок не подлежит утилизации в качестве удобрения, может применяться сжигание с использованием получаемого тепла.

Показатели методов обеззараживания осадков сточных вод Таблица 3.2.2

Процесс	Расход теплоты, МДж на 1 обезвоженного осадка	Влажность после обработки, %	Основные преимущества метода	Основные недостатки метода	Предпочтительная область применения
Обработка в камерах дегельмитизации	600-700	60-70	Простота эксплуатации, невысокий расход топлива	Относительно высокие влажность и стоимость транспортировки осадка	Сооружения по очистке сточных вод пропускной способностью до 20
Термическая сушка в сушилках со встречными струями	1900-2800	35-40	Сокращаются транспортные расходы, упрощается утилизация как удобрения, так и топлива	Высокий расход топлива, потребность в квалифицированном персонале, крайне важно сть очистки отходящих газов	То же, пропускной способностью более 100
Биотермическая обработка (компостирование)	-	45-50	Сокращаются топливно-энергетические и транспортные расходы, готовится качественное удобрение	Необходимость устройства площадок с водонепроницаемым покрытием и применения наполнителœей (бытовых отходов, готового компоста͵ торфа, опилок и т. п.)	То же, пропускной способностью до 200
Сжигание с использованием получаемой теплоты	От -300 до +1800	-	Значительно сокращаются транспортные расходы, возможно получение дополнительной теплоты	Необходимость эффективной очистки отходящих газов, потребность в квалифицированном персонале	Сооружения по очистке сточных вод при отсутствии потребителœей удобрений из осадков или высокой их токсичности