Обработка осадков

В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков, которые не­обходимо утилизировать или обрабатывать с целью уменьшения загрязнения биосферы. Эти операции весьма затруднены, по­скольку осадки имеют разный состав и большую влажность. Их подразделяют на три группы: 1) осадки в основном мине­рального состава; 2) осадки в основном органического состава;

3) смешанные осадки, содержащие как минеральные, так и ор­ганические вещества.

Осадки характеризуются содержанием сухого вещества (в г/л или в %); содержанием беззольного вещества (в % от массы сухого вещества); элементным составом; кажущейся вяз­костью и текучестью; гранулометрическим составом.

Как правило, осадки сточных вод представляют собой труднофильтруемые суспензии. Во вторичных отстойниках в осадке находится в основном избыточный активный ил, объем кото­рого в 1,5—2 раза больше, чем объем осадка из первичного отстойника. Удельное сопротивление осадков сточных вод из­меняется в широких пределах. Для сырого активного ила r=72-10¹⁰—7860-10¹⁰ см/г. Этот показатель является одним из определяющих для выбора метода обработки осадков.

В осадках содержится свободная и связанная вода. Свобод­ная вода (60—65%) сравнительно легко может быть удалена из осадка, связанная вода (30—35%) — коллоидно-связанная и гигроскопическая—гораздо труднее. 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.

Коагулянты положительно заряженными ионами нейтрали­зуют отрицательный заряд частиц осадка. После этого отдель­ные твердые частицы освобождаются от гидратной оболочки и соединяются вместе в хлопья. Освобожденная вода легче фильт­руется. Разрушить гидратную оболочку можно кратковременной термической обработкой. Полное удаление влаги достигается в процессе высокотемпературной сушки. Для обработки и обезвреживания осадков используются различные технологические процессы, которые представлены на рис. II-81.

Рис. II-81. Схема процессов обработки осадка

Уплотнение активного ила. 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 частиц. Уплотнение активного ила сопровождается ростом удельного сопротивления при фильтровании.

Для уплотнения используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы.

Гравитационный метод уплотнения является наиболее распространенным и применяется для уплотнения избыточного активного ила и сброженных осадков. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или радиальные отстойники. Наибольшее распространение имеют илоуплотнители радиального типа, так как в них получается активный ил более высокой концентрации при меньшей длительности уплотнения.

Гравитационное уплотнение не эффективно: наблюдается высокая концентрация взвешенных веществ в отделяемой воде и большая влажность уплотненных осадков, что удорожает последующую их обработку. Для интенсификации процесса используют: коагулирование осадков, например обрабатывают осадок хлорным железом; перемешивание с помощью стержневых мешалок; совместное уплотнение различных видов осадков, например совместное уплотнение сырого осадка из первичного отстойника и активного ила; термогравитационный метод, который основан на нагревании иловой жидкости. При этом гидратная оболочка вокруг частиц активного ила разрушается, часть связанной воды переходит в свободную и процесс уплотнения улучшается. Оптимальная температура нагрева 80—90 °С.

Рис. II-82. Схема установки уплотнения флотацией активного ила от обработки городских сточных вод:

I — первичный отстойник; 2 — аэротенк; 3 — вторичный отстойник; 4 — уплотнитель осадка из первичного отстойника; 5 — флотатор; 6 — емкость для уплотненного ила

Флотационный метод уплотнения осадков основан на прилипании частиц активного ила к пузырькам воздуха и всплывании вместе с ними на поверхность. Для образования пузырьков воздуха может быть использован метод напорной флотации, вакуум-флотации, электрофлотации и биологической флотации (за счет развития и жизнедеятельности микроорганизмов при подогреве осадка до 35—55 °С). Достоинства метода состоят в сокращении продолжительности процесса и более высокой степени уплотнения.

Наибольшее распространение на практике получила напорная флотация. При этом в осадок активного ила подается определенное количество воды, предварительно насыщенной воздухом под давлением до 0, 4 МПа. При снижении давления выделяется растворенный воздух в виде мелких пузырьков. Схема уплотнения ила флотацией показана на рис. II-82, а схема флотационного уплотнителя — на рис. II-83.

Рис. II-83. Флотационный уплотнитель:

- ввод водовоздушной смеси; 2 — ввод исходного ила; 3— дырчатая труба; 4— распределительное устройство; 5 — трубопровод для удаления осветленной жидкости; 6 — трубопровод для опорожнения уплотнителя; 7 — скребок; 8 — лоток

Рабочую жидкость подают по трубопроводам в нижнюю часть распределительного устройства. Сфлотированный ил собирают скребком, выполненным в виде спирали Архимеда, в периферийный лоток. Расход воздуха на уплотнение составляет 50—60 л/м3. Влажность уплотненного ила достигает 94, 5—95%. Продолжительность уплотнения составляет 3—4 ч.

Сгущение активного ила проводят в гидроциклонах, центрифугах и сепараторах. Процессы протекают в поле центробежных сил при высоких скоростях разделения.

Стабилизация осадков. Этот процесс проводят для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества на диоксид углерода, метан и воду. Стабилизацию ведут при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных условиях проводится сбраживание в септиках, двухъярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. Септики и отстойники используют на установках небольшой производительности. Наиболее широкое распространение получили метантенки, рассмотренные ранее.

Высокая влажность и большое содержание белка в активном иле приводят к низкому выходу газа при анаэробном сбраживании. Исходя из этого, выгоднее в метантенках сбраживать один сырой осадок из первичных отстойников, а активный ил подвергать аэробной стабилизации. Аэробная стабилизация заключается в продолжительной обработке ила в аэрационных сооружениях с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. В результате такой обработки происходит распад (окисление) основной части биоразлагаемых органических веществ (до CO2, H2О и NH3). Оставшиеся органические вещества становятся неспособными к загниванию, т. т.е. стабилизируются. Расход кислорода на процесс стабилизации приблизительно равен 0, 7 кг/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.

Разрушение клеточного вещества происходит по реакции;

C₅H₇NO₂+5O₂ ® 5CO₂+H₂O+NH₃ (II.240).

затем NH3окисляется до NO3

Недостаток процесса по сравнению со сбраживанием—высокие затраты на аэрирование. Применять аэробную стабилизацию рекомендуется на сооружениях производительностью не более 80—100 тыс. м з /сут.

Рис. II-84. Схемы установок (о, б) аэробной стабилизации активного ила:

Дата добавления: 2015-08-03