О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 145 c.
Глава 3. Защита гидросферы
3.4. Обработка осадков сточных вод
В процессе очистки сточных вод образуются осадки,
объём которых составляет от 0,5 до 1 % объёма сточных вод для станций
совместной очистки бытовых и производственных сточных вод и от 10 до 30 % для
локальных очистных сооружений. Условно осадки можно разделить на три основные
категории – минеральные осадки, органические осадки и избыточные активные илы.
Основные задачи современной технологии состоят в уменьшении их объёма и в
последующем превращении в безвредный продукт, не вызывающий загрязнения
окружающей среды.
В осадках содержаться соединения кремния, алюминия,
железа, оксидов кальция, магния, калия, натрия, никеля, хрома и др. Химический
состав осадков оказывает большое влияние на их водоотдачу. Соединения железа,
алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щёлочи и некоторые другие вещества,
содержащиеся в производственных сточных водах, способствуют интенсификации процесса
обезвоживания осадков и снижают расход химических реагентов на их коагуляцию
перед обезвоживанием. Масла, жиры, азотные соединения, 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.
Для обработки и обезвреживания осадков используются
различные технологические процессы: уплотнение, стабилизация, кондиционирование,
обезвоживание, термическая обработка, утилизация ценных продуктов, ликвидация.
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.
Стабилизация осадков проводится для разрушения
биологически разлагаемой части органического вещества на двуокись углерода,
метан и воду. Стабилизацию осуществляют при помощи микроорганизмов в анаэробных
и аэробных условиях. В анаэробных условиях она проводится в метантенках, а в
аэробных – в сооружениях с продолжительной аэрацией.
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. В отечественной практике
тепловая обработка осадка находится в стадии освоения и внедрения.
Сущность метода тепловой обработки состоит в
нагревании осадков до температуры 150-200 оС 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.
Уплотнённый осадок легко обезвоживается 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 химической
потребностью кислорода (ХПК) около 10 кг на 1 м3. Эта вода обычно
возвращается на аэрационные очистные сооружения, что вызывает необходимость
увеличения их мощности на 10-15 %.
Существуют различные схемы процессов тепловой
обработки (тепловая обработка с догревом осадка острым паром, схема с
догревом осадка промежуточным теплоносителем и т.д.). Принципиальная схема
тепловой обработки по методу Портеуса представлена на рис. 2.
Рис.
2. Технологическая схема тепловой обработки по методу Портеуса
1
– резервуар-накопитель; 2, 7 – насосы; 3 – теплообменник; 4 – реактор; 5 -
устройство для снижения давления; 6 – уплотнитель; 8, 9 – обезвоживающие
аппараты
Осадок из резервуара-накопителя под давлением подают в
теплообменник, где он нагревается осадком, прошедшим тепловую обработку в
реакторе. После охлаждения в теплообменнике и снижения давления осадок
поступает в илоуплотнитель, а затем на обезвоживание. Нагревание осадка
производят «острым» паром. Удельный расход пара составляет 120-140 кг на 1 м3
осадка. Уплотняют осадок в радиальных уплотнителях в течение 2-4 ч. Влажность
уплотнённых осадков 93-94 %. Обезвоживание производят на вакуум-фильтрах или
фильтр-прессах.
Достоинства метода: осуществление в реакторе
кондиционирования, стерилизации; компактность установки. Недостаток – сложность
эксплуатации установки.
Сущность метода жидкофазного окисления осадка
(метод Циммермана) заключается в окислении органический части осадка кислородом
воздуха при высокой температуре и высоком давлении. Схема установки
жидкофазного окисления приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема установки жидкофазного окисления осадка:
1 – резервуар; 2 – насос; 3, 4 – теплообменники; 5 – реактор; 6 – сепаратор; 7
– компрессор.
В приёмном резервуаре смесь сырого осадка и активного
ила нагревают до температуры 45-50 оС. Затем осадок через
теплообменник поступает в реактор. В реакторе при 300 оС в течение
0,5-0,7 ч происходит интенсивное окисление органического вещества осадка
кислородом воздуха. Из реактора смесь продуктов окисления, воздуха и золы
направляют через теплообменник в сепаратор. В сепараторе происходит отделение
от жидкой фазы осадка газов, которые выбрасываются в атмосферу или используются
в турбогенераторе для приведения в действие компрессора, подающего воздух в
систему. Охлаждённый осадок, поступая в уплотнитель, отстаивается в течение 4
ч. Сливная вода (ХПК 5-6 кг/ м3) сбрасывается в аэротенки, а уплотнённый
осадок влажностью 95 % подаётся на иловые площадки или механическое
обезвоживание. Производительность вакуум-фильтров по осадку составляет 40-50
кг/м2∙ч. Влажность обезвоженного осадка – около 60 %. Дополнительного
тепла на нагрев осадка в процессе работы установки не требуется. Установка
разогревается паром лишь в период запуска.
|