Главная Увольнение

Контроль качества воды.

13.09.2019

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. Второе издание учебника под одноименным названием вышло в 1986 г.

Для студентов строительных техникумов, обучающихся по специальности 2912 «Водоснабжение и водоотведение».- Релиз группы -

Раздел 1. Технологический контроль процессов обработки природных, питьевых и технических вод.....................................7

1.1. Оценка качества природных и технических вод..............7

1.2. Лабораторно-производственный контроль качества воды в системах хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения....................................13

1.3. Контроль предварительной обработки воды, процессов коагулирования, отстаивания, фильтрования.....18

1.4. Контроль процессов обеззараживания воды...................25

1.5. Контроль процессов фторирования, обесфторивания, обезжелезивания воды, удаления марганца...........................29

1.6. Контроль процессов стабилизационной обработки воды. Удаление газов: кислорода, сероводорода...................31

1.7. Контроль процессов умягчения, опреснения и обессоливания воды.............................................................36

1.8. Контроль гидрохимического режима работы оборотных систем охлаждающего водоснабжения................41

1.9. Контроль процесса охлаждения воды.............................46

1.10. Упражнения и задачи.....................................................49

Раздел 2. Технологический контроль процессов очистки сточных вод..................................................................................70

2.1. Общие положения............................................................70

2.2. Классификация сточных вод. Виды загрязнений и методы их удаления.............................................................75

2.3. Контроль процессов механической очистки сточных вод.............................................................................83

2.4. Контроль работы сооружений аэробной биологической очистки сточных вод.....................................89

2.5. Контроль процессов доочистки и обеззараживания сточных вод........................................................................... 101

2.6. Контроль процессов обработки осадков. Процессы метанового брожения и контроль работы метантенков...... 108

2.7. Контроль работы сооружений обезвоживания и сушки осадка......................................................................122

2.8. Контроль процессов обработки промышленных стоков и методов извлечения из них вредных веществ......126

2.9. Контроль деструктивных методов очистки промышленных сточных вод................................................ 132

2.10. Упражнения и задачи................................................... 135

Заключение.................................................................................. 150

Литература..................................................................................151

Основная............................................................................... 151

Дополнительная....................................................................152

Любые сточные воды перед их сбросом в водоёмы или грунт должны проходить очистку. Степень очистки стоков перед их сбросом должна составлять не менее 95-98 %. Сегодня используются разные методики очистки стоков. Выбор метода зависит от состава сточных вод, их происхождения (хозяйственно-бытовые или промышленные). Однако при применении любого метода очищения образуются осадки сточных вод. В зависимости от используемой методики очистки осадок от стоков может использоваться в качестве удобрения или должен утилизироваться.

Во время очистки стоков образуется осадок, который состоит из воды и твёрдых составляющих. Осадок от бытовых стоков может скапливаться в двух резервуарах очистного сооружения:

  • Большая часть осадка накапливается в первичном отстойнике. Обычно его объём равен 0,8 л в день от одного человека при влажности не менее 95 %.
  • В резервуаре, где используются биохимические методы очистки стоков, то есть аэробная и анаэробная очистка, также скапливается небольшое количество плотных наслоений. Осадок, образующийся после аэробной очистки, можно использовать для удобрения садов и огородов. Что касается анаэробной очистки, то вещество на дне камеры нельзя применять как удобрение из-за его токсичности. В этом случае необходимо выполнять процесс утилизации осадков сточных вод.

Внимание: в зависимости от используемой технологии очистки объёмы осадочных отложений от производственных или бытовых стоков составляют от 0,5 до 10 % от их общего объёма.

Состав

Твёрдые составляющие отложений на дне – это органические вещества, которые занимают 60-80 % от общего объёма. Главными компонентами являются жировые составляющие, белковые элементы и углеводы. Они занимают 80-85 процентов от всего объёма органических веществ. Остальной объём – это лигнино-гумусовые компоненты.

Основные виды осадочных отложений:

  • с минеральным составом;
  • с органическими составляющими;
  • смешанные.

В составе сырых отложений на дне очистных камер есть такие полезные вещества, как азот, калий и фосфор. Хоть эти компоненты и могут служить удобрениями, они довольно плохо усваиваются растениями.

Сырые отложения очень быстро загнивают и могут быть небезопасными в плане санитарии, ведь в них присутствуют вирусы, грибы, бактерии и яйца гельминтов. Если такие вещества надолго останутся в отстойниках и камерах очистного сооружения, то они быстро вызовут загнивание отложений с выделением газов. В итоге осадки сточных вод могут всплывать на поверхность в отстойнике и нарушать процессы отстаивания. Именно поэтому своевременно должна выполняться ликвидация осадков сточных вод, то есть вычищение их из камеры, обезвоживание и обеззараживание.

Осадок от производственных и бытовых стоков может делиться на несколько видов в зависимости от используемого метода очистки:

  • осадочные отложения с решёток;
  • песчаные отложения из песколовок;
  • тяжёлые отходы из первичных отстойников (сырой осадок);
  • донные отложения из отстойников с флокулянтами и коагулянтами;
  • активный ил из камер биологического очищения в аэротенках;
  • биологическая плёнка из биофильтров;
  • активный ил, в составе которого присутствуют флокулянты и коагулянты;
  • смесь из активного ила и тяжёлых составляющих стоков.

Важно: осадочные компоненты без изменений структуры и химического состава образуются на решётках, в песколовках и первичных отстойниках. Смеси с изменённой структурой и составом – это активный ил, биоплёнка и отложения после обработки воды химическими реагентами (очистка промышленных стоков).

Характеристики

Осадки после очищения стоков от промышленных предприятий или сточных вод хозяйственно-бытового происхождения имеют такие характеристики:

  1. Реактивность среды в активной фазе – 6-8.
  2. Температура среды – 12-20°С.
  3. На 90-99 % осадочные отложения состоят из гигроскопической, свободной и коллоидно связанной воды. Чтобы отделить свободную воду от тяжёлых составляющих, потребуется простая переработка – фильтрация или отжим. Чтобы перевести коллоидно связанную воду в свободную, необходимо использовать методы термической обработки, флокуляции или коагуляции. Гигроскопическая жидкость удаляется только в процессе сжигания осадочных отложений.
  4. Влажность отходов, удаляемых с решёток, равна 80 %, а их объёмная масса составляет 750 кг на кубометр. Влажность отложений из песколовок равна 60 %, зольность – 70-90 %, а их объёмная масса составляет 1500 кг на кубометр.
  5. Влажность осадка из первичной камеры-отстойника составляет 93-95 %. На 60-70 процентов он состоит из органических составляющих. Из-за большого содержания органики отложения быстро загнивают. Кроме них в составе отложений присутствуют соединения кремния, железа, алюминия, магния, кальция, калия и т.д. Тяжёлые отходы стоков от производственных предприятий могут содержать канцерогенные и токсичные вещества, синтетические ПАВ, соли тяжёлых металлов.
  6. Методы аэробной очистки способствуют тому, что влажность активного ила очень высокая – 99,2-99,8 % в аэротенках и 96-96,5 % в биофильтрах. Если аэробная очистка выполнялась в аэротенке полного окисления, то концентрация органики составляет 65 %. Аэробная очистка в высоконагружаемом сооружении даёт осадок с концентрацией органики 75 %.
  7. Осадочные отложения, образовавшиеся в результате сбраживания в анаэробных условиях метантенков, двухъярусных отстойников и других очистных сооружений, отличаются однородностью и мелкой структурой. Их цвет тёмно-серый или чёрный. Отложения довольно текучие и имеют запах асфальта или сургуча. Распад осадочных отложений сопровождается выделением метана.

Если выполняется аэробная биологическая стабилизация осадков сточных вод, то степень распада органики значительно ниже, чем при анаэробных процессах, но оставшиеся отложения отличаются стабильностью. После этого уплотнение осадка протекает за 5-15 ч, а его влажность снижается до 96-98 %. После аэробной стабилизации яйца гельминтов не гибнут, поэтому отходы нуждаются в дополнительном обеззараживании.

Для характеристики осадка очень важна его способность отдавать воду. Так, после сбраживания в аэробных условиях вода в осадке находится в связанном виде, поэтому отложения имеют плохую водоотдачу. При загнивании эти свойства отложений ещё больше ухудшаются.

Важно: способность осадочных отложений отдавать воду зависит от величины удельного сопротивления фильтрованию. Этот показатель важен при подборе оборудования, которое будет использоваться для обеззараживания стоков от предприятий и отходов хозяйственно-бытового происхождения.

Обработка осадочных отложений

Обработка осадков сточных вод от предприятий и стоков бытового характера начинается со стадии сгущения или уплотнения. На этом этапе происходит удаление свободной влаги. Данная стадия является необходимой для всех технологических схем очищения. Во время сгущения удаляется около 60 процентов свободной воды. В итоге объём отложений уменьшается более чем в 2 раза. Для уплотнения применяют следующие методики:

  • вибрационная;
  • центробежная;
  • гравитационная;
  • флотационная;
  • фильтрование;
  • комбинированные методы.

Гравитационная методика подходит для уплотнения сброженных отложений и активного ила. Это довольно простая и экономичная методика. Для реализации метода применяются радиальные и вертикальные отстойники. Время процедуры зависит от характеристик отложений и составляет 5-24 ч. Для ускорения процесса применяют коагулирование с использованием хлорного железа, нагревание до 90 градусов, уплотнение с другими видами отложений или перемешивание.

Флотационная методика основана на том, что частицы активного ила могут прилипать к воздушным пузырькам и всплывать на поверхность. Скорость процесса выше, чем при использовании гравитации. Процессом легко управлять, увеличивая или уменьшая подачу воздуха. Чаще всего используется напорная флотация.

Для разложения органических сложных соединений на воду, метан и диоксид углерода используется стабилизация. Этот процесс протекает в анаэробных и аэробных условиях:

  1. Анаэробные условия создаются в септиках, осветлителях, двухъярусных отстойниках и специальных метантенках. При этом септики и отстойники подходят для малых объёмов сточных вод, то есть для частного использования. Для больших объёмов стоков применяют метантенки.
  2. Аэробная стабилизация протекает в аэротенках. Она основана на продолжительном аэрировании ила. Эта методика проще, чем анаэробное сбраживание. Она отличается простотой, отсутствием выделения взрывоопасных газов, устойчивостью и небольшими затратами. После распада биоразлагаемых органических компонентов остальная часть веществ теряет способность к загниванию, то есть осадок стабилизируется.

Для улучшения механического обезвоживания осадочные отложения необходимо подготовить. Для этого используется кондиционирование. При этом изменяется форма и структура связи воды.

Важно: для выполнения кондиционирования могут использовать реагентные и безреагентные методики.

При реагентной методике в качестве коагулянтов используют известь, алюминий и соли железа. Наряду с коагулянтами применяют и флокулянты. Безреагентная методика подразумевает:

  • тепловую обработку;
  • замораживание и оттаивание;
  • радиационное облучение;
  • электрокоагуляцию.

Обычно обезвоживание осадочных отложений осуществляется на иловых площадках или с использованием механических методов. Иловые площадки – это участки территории с земляными валами по краям. Здесь процесс обезвоживания протекает очень медленно, зато методика довольно простая и не требует больших эксплуатационных расходов.

Механические методы обезвоживания осуществляются с использованием:

  • вакуум-фильтров;
  • фильтрующих прессов;
  • центрифуг;
  • виброфильтров.

Также применяется термическая обработка осадков, которая заключается в их сушке. Для этого используют топочные газы, пар или горячий воздух. В методике задействованы сушилки разных конструкций.

Наиболее перспективное направление в утилизации осадочных отложений – пиролиз. Это процесс переработки веществ, которые содержат углерод, посредством нагрева без доступа кислорода при высоких температурах. После пиролиза образуется порошок, который можно использовать в промышленности, утилизировать как топливо или применять для получения фосфора и азота. Первичный дёготь, образуемый при пиролизе, после фракционной разгонки позволяет получить карбоновые кислоты, парафин, фенолы, органические основания, коксовую пыль.

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.

ОБРАБОТКА ОСАДКОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

1 Состав и свойства осадков

Условно осадки можно разделить на три основные категории

− минеральные осадки,

− органические осадки с зольностью менее 10%;

− смешанные с зольностью от 10 до 60%.

Кроме того, все осадки делятся на инертные и токсичные, а также на стабильные и нестабильные (загнивающие). Наиболее просто обрабатываются осадки, содержание неорганические вещества, а содержащиеся в их ценные компоненты − рекуперируются. Осадки второй и третьей группы весьма разнообразны по составу и свойствам. В связи с этим для их обработки используются различные технологические схемы.

Основные задачи современной технологии состоят в уменьшении их объёма и в последующем превращении в безвредный продукт, не вызывающий загрязнения окружающей среды .

Рассмотрим классификацию осадков, предложенную. Он указывает, что «осадки − это суспензии, выделяемые из СВ в процессе их механической, биологической и физико-химической (реагентной) очистки», и приводит следующую классификацию:

− грубые примеси (отбросы), задерживаемые решетками;

− тяжелые примеси (песок);

− плавающие примеси (жировые вещества), всплывающие в отстойниках;

− сырой осадок суспензия, включающая, в основном, оседающие взвешенные вещества, которые задерживаются первичными отстойниками;

− активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках, − комплекс микроорганизмов коллоидного типа с адсорбированными и частично окисленными загрязнениями, извлеченными из СВ в процессе биологической очистки;

− осадок, анаэробно сброженный в осветлителях-перегнивателях, двухъярусных отстойниках и метантенках;

− аэробно стабилизированный активный ил или его смесь с осадком из первичных отстойников в сооружениях типа аэротенков;

− сгущенный активный ил в сепараторах;

− уплотненный активный ил в уплотнителях и др. аппаратах.

Осадки и шламы производственных СВ состоят в основном из неорганических веществ.

Основная часть осадка из первичных отстойников (60-70%) и активного ила (70-75%) – это органические вещества. Велика бактериальная загрязненность этих осадков. В них встречаются все основные формы бактериальных организмов: кокки, палочки, спириллы, возбудители желудочно-кишечных заболеваний, яйца гельминтов.

Химический состав сухого вещества осадков колеблется в широких пределах. Сухое вещество сырых осадков имеет следующий элементный состав (% масс.): углерод − 35,0-88,0; водород − 5,0-9,0; сера − 0,2-2,7; азот − 1,8-8,0; кислород − 7,6-35,0. Сухое вещество активного ила содержит (% мас.): углерод − 44,0-76,0; водород − 5,0-8,2; сера − 0,9-2,7; азот − 3,3-10,0; кислород − 13,0-43,0. В осадках содержатся соединения кремния, алюминия , железа, кальция, магния, калия, натрия, цинка, никеля, хрома и др.

Важная технологическая характеристика осадка – его удельное сопротивление. Удельное сопротивление осадка – это сопротивление единицы массы твердой фазы, отлагающейся на единице площади фильтра при фильтровании под постоянным давлением суспензии, вязкость жидкой фазы которой равна единице. Дана я характеристика определяет водоотдачу осадка. Удельное сопротивление осадков составляет r = 108-1010 м/кг и зависит от гранулометрического и химического состава осадка.

Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щёлочи и некоторые другие вещества, содержащиеся в ПСВ, способствуют интенсификации процесса обезвоживания осадков и снижают расход химических реагентов на их коагуляцию перед обезвоживанием. Масла, жиры, соединения азота, волокнистые вещества, наоборот, являются неблагоприятными компонентами. Окружая частицы осадка, они нарушают процессы уплотнения и коагуляции, а также увеличивают содержание органических веществ в осадке, что сказывается на ухудшении его водоотдачи.

Удельное сопротивление осадка служит исходной величиной при выборе метода обработки осадка и расчете соответствующих сооружений. Необходимо выбирать такие процессы обработки осадков, при которых их удельное сопротивление не увеличивалось бы.

2 Основные процессы, применяемые для обработки осадков производственных СВ

Для обработки и обезвреживания осадков используются различные технологические процессы: уплотнение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание, термическая обработка, утилизация ценных продуктов, ликвидация (рис.1).

Рис. 1 − Типовые процессы, применяемые для обработки осадков производственных сточных вод

Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги. При уплотнении в среднем удаляется 60 % влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза. Для уплотнения активного ила, который имеет влажность 99,2-99,5 % используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы.

Для предотвращения загнивания осадков проводят их стабилизацию, после которой осадки либо захоранивают, либо утилизируют. В процессе стабилизации осадков происходит разрушение биологически разлагаемой части органического вещества на диоксид углерода, метан и воду. Стабилизация осуществляется при помощи микроорганизмов анаэробным сбраживанием, аэробной минерализацией, тепловой обработкой, жидкофазным окислением, введением химических реагентов.

Кондиционирование осадков – это процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией путём снижения удельного сопротивления и улучшения водоотдающих свойств осадков вследствие изменения их структур и форм связи воды.

Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами. При реагентной обработке осадки обрабатывают 10 % раствором коагулянтов (FeSO4, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3 и др.). Вместо коагулянтов можно использовать и флокулянты. К безреагентным методам обработки относятся: тепловая обработка, замораживание с последующим отстаиванием, жидкофазное окисление, электрокоагуляция и радиационное облучение.

Сущность метода тепловой обработки состоит в нагревании осадков до температуры 150-200°С и выдерживании при этой температуре в закрытой ёмкости в течение 0,5-2 ч. В результате такой обработки происходит резкое изменение структуры осадка, около 40 % сухого вещества переходит в раствор, а оставшаяся часть приобретает водоотдающие свойства. Осадок после тепловой обработки быстро уплотняется до влажности 92-94 %, а его объём составляет 20-30 % исходного.

Обезвоживание осадков осуществляют либо механическими, либо термическим методами. Уплотнённый осадок легкообезвоживается на иловых площадках или вакуум-фильтрах , пресс-фильтрах, виброфильтрах и центрифугах. Отделённая на стадии уплотнения вода, вследствие распада органического вещества осадка, содержит большое количество растворённых веществ с ХПК около 104 мгО/дм3. Эта вода обычно возвращается на аэрационные очистные сооружения, что вызывает необходимость увеличения их мощности на 10-15 %.

Термическая сушка является заключительным этапом обезвоживания осадков. Влажность осадков после термической сушки составляет 5-40%. Прошедшие термическую сушку осадки легко транспортируются и утилизируются. Для термичекой сушки используют сушилки различной конструкции.

При переработке инертных осадков используются следующие технологические схемы:

Уплотнение – стабилизация – кондиционирование – обезвоживание – утилизация Уплотнение – стабилизация – утилизация

Для переработки токсичных осадков используются технологические схемы:

Уплотнение – ликвидация

Уплотнение – кондиционирование – обезвоживание – утилизация

Уплотнение – кондиционирование – обезвоживание – ликвидация

3 Уплотнение осадков

Наиболее простым методом уплотнения является гравитационное уплотнение , используя которое уплотняют избыточный активный ил и сброженные осадки. Время уплотнения 4-24 час; влажность осадка после уплотнения 85-97%. Активный ил уплотняют в илоуплотнителях вертикального и радиального типов.

К основным недостаткам рассматриваемого способа уплотнения относятся большая продолжительность процесса, высокая влажность осадков, а также значительный вынос взвешенных веществ их илоуплотнителя. Для уменьшения этих недостатков используют технологические приемы: коагуляцию (добавляют FеCl3), перемешивание при уплотнении, совместное уплотнение различных видов осадков, а также нагревание активного ила до 80-90°С в течение 50-80 минут. Нагревание способствует разрушению гидратной оболочки вокруг частиц и переводу части связанной воды в свободной состояние.

При флотационном способе скорость уплотнения осадка в 10-15 раз больше, чем при гравитационном, а степень уплотнения выше. Кроме того, процесс легко регулируется за счет изменения технологических параметров. Применяют импеллерную, электро - и напорную флотацию, причем последняя получила наиболее широкое распространение. Во флотаторе пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами взвешенных веществ на поверхность, откуда удаляются скребковыми устройствами различного типа, Осадок, выпавший во флотаторе, удаляется скребковым транспортером или винтовым конвейером. Осветленная вода отводится через водослив.

Для центробежного уплотнения осадков используют центрифуги, гидроциклоны и сепараторы.

Под центрифугированием понимают процесс разделения неоднородных систем (эмульсий и суспензий) в поле центробежных сил. Под действием центробежных сил суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается в роторе, а жидкая фаза удаляется из него.

При центрифугировании повышается скорость разделения неоднородных систем в поле центробежных сил по сравнению со скоростью разделения этих систем под действием силы тяжести.

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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

4Н 2 +2С0 2 СН СООН + 2Н 2 0.

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

Расщеплением ацетата:

СН 3 СООН СН 4 + С0 2 ,

Восстановлением диоксида углерода:

С0 2 +Н 2 СН 4 +Н 2 0.

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

Процесс сбраживания протекает медленно. Для его ускорения и уменьшения объема сооружений применяют искусственный подогрев ила. При этом значительно эффективнее идет выделение газа – метана, который улавливается и может быть использован в качестве горючего. В зависимости от температуры различают два типа процесса: мезофильный (t=30 − 35) и термофильный (t= 50 − 55).

Метантенки представляют собой герметичные вертикальные резервуары с коническим или плоским днищем, выполненные из железобетона или стали.

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

Рис. 3.2.17. Метантенк:

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

4 − опорожнение метантенка; 5 − теплоизоляция;

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

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

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

с последующим окислением NH 3 до N0 3 .

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

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

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

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

Обеззараживание осадков сточных вод . В осадках городских сточных вод находится большое количество патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов, поэтому осадки перед утилизацией и хранением необходимо обеззараживать. Обеззараживание осадков сточных вод достигается разными методами:

Термическими − прогревание, сушка, сжигание;

Химическими − обработка химическими реагентами;

Биотермическими − компостирование;

Биологическими − уничтожение микроорганизмов простейшими, грибками и растениями почвы;

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

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