Существующие методы очистки осадка сточных вод

Добавить в закладки Версия для печати

Очистка бытовых, городских и промышленных сточных вод – проблема, решение которой ищут во всех странах. Рассмотрим подробнее, какие методы применяются сегодня для уплотнения, сушки, обеззараживания, обезвоживания и утилизации осадков сточных вод

Переработка осадков

При применении очистки промышленных и хозяйственно-бытовых ОСВ (осадков сточных вод) из воды изымается большое количество примесей, которые накапливаются и становятся проблемой. Возникает необходимость их безопасной утилизации.

Основные способы переработки и утилизации ОСВ в России:

  • захоронения на иловых картах;
  • анаэробное сбраживание;
  • сжигание;
  • компостирование;
  • известковая стабилизация массы осадков и др.

Проблема очистки ОСВ более чем актуальна. Её решением занимаются в странах всего мира. Далее предлагается краткий обзор основных методов обработки ОСВ.

очистка сточных вод от осадка

Уплотнение

При очистке стоковых вод образуется ОСВ двух видов: осадковые массы первичных отстойников, содержащие 93-95% влаги, избыточная масса активного ила. Ил содержит значительное количество (97-99.5%) связанной жидкости, трудноудаляемой из-за его специфичной структуры. Перед отправкой осадков на обезвоживание активный ил проходит предварительное уплотнение.

Это – первая стадия переработки массы ОСВ. Уплотнением достигается:

  • значительное уменьшение объёма илового осадка;
  • увеличение производительности оборудования механического обезвоживания;
  • уменьшение времени обработки на следующих этапах и общего объёма работ;
  • снижение затрат на транспортировку;
  • уменьшение объёма накоплений шлама.

Уменьшение количества воды производят способами обезвоживания.

Гравитационный способ

Этим способом уплотняются активный ил, биоплёнка, снятая во вторичных отстойниках, сброженные осадки, удаляемые из метатенков. Процесс уплотнения массы осадков длится (в зависимости от их вида) от 9 до 30 часов. Влажность осадков после уплотнения уменьшается до 95-95.5%.

Гравитационное уплотнение ОСВ производится в отстойниках, оборудованных скребковыми устройствами. Отстойники бывают вертикальные и радиальные. Конструктивно они аналогичны первичным отстойникам. Для улучшения работы такие отстойники оборудуются вертикальными вращающимися решётками. Перед стержнями движущейся решётки образуется зона сдавливания (происходит концентрация осадка), позади – зона разряжения (с вертикальными каналами в массе осадков, через которые поднимается выделяющаяся вода). Радиальные уплотнители оборудуются илососами/скребковыми устройствами.

вертикальный отстойник

Способ термогравитационного уплотнения

Метод основан на нагреве осадка паром с температурой до 90 градусов и последующим (0.5 – 1 час) отстаиванием. Термогравитационное уплотнение илового осадка в 25 раз эффективнее уплотнения осадка гравитационным способом. Эффект базируется на расщеплении нагреваемой гидратной оболочки, удерживающей частицы ила. Освобождённые частички собираются в гранулы. Они крупнее и тяжелее, поэтому оседают быстрее, лучше уплотняются.

Флотационный способ

Для уплотнения илового осадка используется напорная флотация, производящаяся в прямоугольных или круглых флотаторах, оборудованных устройствами, насыщающими иловую смесь воздухом, и скребками, которыми удаляются донный и сфлотированный осадки. Насыщение осадка воздушными пузырьками производится различными способами: вакуумным, напорным, безнапорным, биологическим, химическим путём, электрофлотацией.

Ил насыщается воздухом, содержащимся в подаваемой под напором воде, и осадок перекачивается в распределительную камеру по трубопроводам. Снижение давления вызывает поднятие мелких пузырьков воздуха и образование осадочной гущи в накопительной ёмкости. Сфлотированный осадок собирается в периферийный лоток при помощи скребка, оттуда поступает на дальнейшую переработку, имея влажность 94-95%.
флотатор

Методы уплотнения в центрифугах и замораживания

Центрифугирование осадковой массы с целью уплотнения заключается в применении центробежных сил. Сила тяжести частиц шлама возрастает в сотни раз, процесс отделения их от воды ускоряется. Были разработаны шнековые центрифуги, в которых достигается более глубокое обезвоживание осадка. Влажность обработанного шлама составляет на выходе 75%.

При замораживании до – 5 – 10 градусов Цельсия и последующем оттаивании, осадок активного ила изменяет свои свойства, поскольку в нём происходит перераспределение форм водных связей. С уменьшением связанной влаги возрастает объём свободной воды. Твёрдая фаза ила коагулируется, вследствие чего отпадает необходимость применения химреагентов при иссушении.

Стабилизация

Цель метода – сведение к минимуму химико-биологических процессов, происходящих в осадковом веществе. Заключается он в разложении органики осадка до простейших соединений или веществ, длительно ассимилируемых окружающей средой. Стабилизация шлама может производиться разными методами:

  1. биотермическим – компостирование (используется для осадков, подсушенных естественно или обезвоженных механически);
  2. биологическим (аэробное и анаэробное – метановое сбраживание) для жидких шламов;
  3. термическим/термохимическим,
  4. химическим (с применением реагентов),
  5. биологическим.

Выбор метода определяется несколькими условиями: видом шлама, его количеством, возможностью последующего применения осадкового вещества и др.

очистка осадковых сточных вод

Химический метод

Реагентная стабилизация проводится применением извести, тиазона, формальдегида, аммиака или мочевины. Этим достигается обеззараживание, повышается питательная ценность, эффективность использования осадков в земледелии. При применении этих реагентов они оказывают действие на осадковое вещество, на почву, так как часть их остаётся в осадке после обработки. Этим останавливается реактивация патогенов в последующем. В зависимости от температурных условий, метода обработки, состава шлама количество вносимых реагентов может быть разным.

Молотая известь смешивается со шламом в лопастном двухвальном смесителе. При её применении температура шлама может повышаться до 60 градусов (при дозах более 30%). Добавка извести повышает кислотность до рН 10 и выше, подавляется активность бактерий и других микроорганизмов, ОСВ утрачивают запах.

Термический метод

Заражение яйцами гельминтов – основное бактериальное загрязнение шламов. Задача обеззараживания – дегельминтизация осадков. Наиболее распространённый и приемлемый способ дегельминтизации – нагревание биомассы до 60-65 градусов Цельсия. Наиболее простым способом обезвреживания обезвоженных осадков является их термическое радиационное нагревание.

Производится обработка в камерах КДГМ, состоящих из пластинчатого металлического транспортёра, на который тонким слоем раскладывается осадок. Лента транспортёра, двигаясь, проходит под горелками инфракрасного излучения, нагревающего осадок до нужной температуры.

очистка сточных вод

Биотермический метод

Стабилизация и обеззараживание осадков в процессе компостирования производится деятельностью аэробных микроорганизмов. Осадки компостируются совместно с твёрдыми бытотходами, торфом, соломой, измельчённой древесной корой и др. Благодаря этому создаётся пористая структура нужной влажности с оптимальным углеродо-азотным соотношением. Компост улучшают добавками калия и извести.

Биологический метод

Наиболее распространённым методом является биологическая стабилизация – сбраживание при помощи аэробных и анаэробных микроорганизмов. Для шламов промышленных стоков используют в основном аэробный метод, при котором распад подверженных гниению разлагаемых биологических веществ производится длительным аэрированием в аэротенках.

аэротенк

Старейший способ стабилизации осадкового вещества – анаэробное сбраживание. При дефиците кислорода органические и неорганические шламовые вещества разлагаются, образуя метан и конечную неорганику. Анаэробное сбраживание производится в септиках, двухярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метатенках. Септики и отстойники используются при малых объёмах обрабатываемого шлама.

Шлам из первичных отстойников и уплотнённая иловая биомасса стабилизируются сбраживанием в метатенках под воздействием анаэробных микроорганизмов. В результате распада органической части массы до воды, растворимых соединений и газа резко уменьшается масса органики (на 40-50%), а также содержание патогенных вирусов, бактерий и гельминтных яиц. С повышением температуры скорость разложения каждого компонента возрастает.

Основную (до 80%) часть органики составляют белки, жиры, углеводы. При их распаде образуется биогаз, основная доля которого – от распада жиров. Доля жиров больше в шламе первичных отстойников, тогда как в ИАИ больше белков. Высвободившийся биогаз собирается, идёт на сжигание. В процессе стабилизации происходит уменьшение объёма ОСВ и обеззараживание.

Обезвоживание

Минеральные осадки обезвоживаются сравнительно легко. Органические осадки, избыточный активный ил обезводить проблематичнее.

Из-за значительного разнообразия веществ, содержащихся в осадковом веществе городских и промышленных сточных вод, невозможно создание какого-либо универсального метода обезвоживания осадка. Чаще всего на практике используется сушка осадка на иловых площадках и обезвоживание его механическим способом.

обезвоживание

Механическое обезвоживание шлама производственных сточных вод производится интенсивными и экстенсивными методами. Интенсивное сгущение и обезвоживание илового осадка производится фильтрованием, гидроциклонированием, центрифугированием. Экстенсивное обезвоживание производится в уплотнителях различного рода.

Обезвоживание на иловых площадках

Для обезвоживания используются большие территории, поделённые на участки (карты), окружённые валами из земли. Иловые площадки могут быть устроены непосредственно на грунте (с естественным основанием), либо делают площадки уплотнения с водонепроницаемым искусственным основанием и стенками. Эти площадки работают по принципу отстаивания. Если грунт площадок с естественным основанием плохо проводит влагу, то в канавки укладывают дренажные трубы и засыпают их щебнем.

иловые площадки

Периодически небольшим слоем на участки с естественным основанием наливается сырое осадковое вещество и подсушивается. Некоторая часть влаги впитывается в грунт, основная доля влаги испаряется. Подсушенный осадок по своей структуре приближается к влажной земле. Влажность подсушенного осадка – 70-80%.

Выделившаяся иловая вода отводится вновь на отстойник очистных сооружений.

Метод фильтрации

К этому способу в основном обращаются, когда требуется обезвоживание ОСВ, представляющих собой осадковые суспензии высокой концентрации. Причём, если в начале процесса фильтратором является фильтрующая ткань, то в последующем, по мере налипания на тканевую сетку задерживающегося осадка, возникает дополнительно фильтрующий слой (кек), который перенимает на себя роль основного фильтра, поддерживаемого слоем ткани. Качество очистки фильтрата увеличивается вместе с нарастанием дополнительного слоя. Но понижается скорость фильтрации. Способность суспензий фильтроваться сквозь создаваемый ею кек характеризуется удельным сопротивлением осадка (кека). Он является основным показателем, на основании которого подбирается метод фильтрации.

Фильтры различаются направленностью создаваемого давления. Фильтрация производится за счёт разности давлений. Так, за пористой перегородкой вакуум-фильтров создаётся давление меньше 0.1 мПа, в пресс-фильтрах – давление пульпы выше атмосферного.

декантер

Сушка

Для уменьшения объёма и массы иловых осадков, прошедших обезвоживание механическими способами, и для обеззараживания их от патогенных микроорганизмов и гельминтных яиц используется термическая сушка. Прошедший термическую сушку осадок – сыпучий материал с влажностью от 10 до 50%. Он обеззаражен, не загнивает.

Применяемые сушильные процессы различны: сублимирование в электромагнитном поле, конвекция, кондукция. Процесс производится в сушилках различного действия, например, в сушилках с фонтанирующим слоем (рисунок), в пневматических и барабанных сушилках и др. Более всего распространена сушка конвекцией, когда тепло передаётся осадковой массе сушильным агентом (носителем тепла) – горячим воздухом, топочными газами или перегретым паром.
сушилка для сточных вод

Утилизация

Осадковые вещества утилизируются в основном в следующих направлениях:

  1. хоронятся на иловых картах;
  2. используются как удобрения;
  3. сжигаются;
  4. утилизируются с применением пиролиза;
  5. преобразуются в техногенный гумус (наилучшая перспектива использования осадка).

После обеззараживания и компостирования ОСВ используются в земледелии в качестве питательных веществ, содержащих фосфорные и азотные элементы. Наиболее ценен компост. Его внесение снижает кислотность почв и насыщает их питательными компонентами.

Сжигание

Если утилизация иловых осадков невозможна или нецелесообразна экономически, то осадковые массы сжигают. В результате сжигания образуются водяные пары, нетоксичные газы, выделяются минеральные составляющие в виде золы или расплавов. Основные ОСВ сгорают с небольшой отдачей тепла. Однако некоторые ОСВ по теплоте сгорания аналогичны бурому углю, при их сжигании может получаться энергия.

Для сжигания используются системы сжигания ОСВ – печи:

  1. КС (с кипящим слоем);
  2. многоподовые;
  3. циклонного типа (циклонные реакторы);
  4. влажного окисления;
  5. барабанные вращающиеся;
  6. сжигания в сочетании с устройствами резкой сушки;
  7. сжигания распыленной суспензии.

экологический способ очистки сточных вод

Сжигание осадковых масс может производиться совместно с другими энергетическими источниками (например, сжигание с углем, твёрдыми бытовыми отходами) или отдельно – моносжигание. В основном моносжигание производят в печах КС.

В ряде случаев зола и шлак от сжигания вещества ОСВ могут быть пригодны для вторичного применения в строительстве, сельском хозяйстве и в промышленности.


Посмотрите статьи на похожие темы:

Перейти на предыдущую или следующую статью:

Поделитесь своим мнением