Утилизация осадков очистных сооружений

Химический состав осадков очистных сооружений и других твёрдых отходов гидролизного производства. Исследован химический состав осадков первичных и вторичных отстойников и других твёрдых отходов гидролизного производства (таблицы 4.24 и 4.25).

4.24. Химический состав отходов гидролизного производства

Наименование отхода	рН	Взве-си, г/л	А.с.в., %	Состав сухих веществ, %
азот общий	NH4	масс-овая доля белка	Р2О5	К2О	зола
Осадок первичных отстойников	5-6	50-150	2,0.- 6,0	4,5- 6,0	0,4- 4,0	-	2,0- 4,0	0,01-0,08	5-
Суспензия активного ила	6,6-7,1	21-40	0,7- 1,0	7,0- 10,0	0,98-2,8	40-	1,0- 3,86	0,62	11,5- 14,5
Сгущённая смесь осадков	6,0-7,0	паста	15-	4,66-6,3	0,08-3,0	30-	2,0- 4,0	0,02-0,25	14-
Шлам с АИ спир-тового производства	4,4-4,8	паста	55- 59,4	0,77-1,9	-	-	0,18- 0,38	0,05- 0,24	51,1-
Шлам с АИ дрож-жевого произ-водства	5,2-5,7	паста	48-	2,5- 2,7	-	-	0,24- 0,74	0,20-0,70	25,8-
Лигнин	2,5	-	34-	0,02-0,04	-	-	0,01- 0,04	0,05- 0,06	1-3

Установлено, что осадки очистных сооружений в достаточном количестве содержат минеральные элементы: азот, фосфор, калий. Кроме того, активный ил содержит белок (40-46%), аминокислоты (54,13 мкг/100 см³), витамины группы В (В₁ - 12,2; B₂ - 12,4; B₄ - 3380; B₅ - 152,6; B₆ - 3,3; B₇ - 1,5; B₈ - 290 мкг/г а.с.в.).

Гидролизный шлам в смеси с шламом нейтрализованного гидролизата активного ила после фильтр-прессов типа ФПАКМ имеет влажность 34-52% и содержание зольных веществ 51-52%. Этот шлам содержит эндогенные элементы: общий азот в количестве 0,8 - 1,9%, Р₂О₅ – 0,18-0,38%, К₂О – 0,05-0,24%, макроэлементы МgО – 0,3%, CаО – 4,26% и микроэлементы: Mn до 320 мг/кг, Fe до 0,15%, Cu до 80 мг/кг.

Твёрдым отходом производства гидролизного этилового спирта является также лигнин, химический состав которого достаточно изучен. Нами показано, что лигнин не содержит эндогенных элементов. Поэтому лигнин в составе удобрений будет играть роль структурообразователя почв и увеличивать их поглотительную способность.

Количество ионов тяжёлых металлов в отходах Кировского биохимического завода исследовано институтом ФГУП НИИсинтезбелок. Содержание их в данных отходах не превышает нормативы по СаНПиН 21.7.573-98. Можно заключить, что по химическому составу твёрдые отходы

4.25. Содержание макро- и микроэлементов в отходах гидролизного производства (мг/кг) [33]

Наименование отходов	MgO, %	CaO, %	Mn	Fe, %	Gr	Ni	Cu	Zn	Pb	Cd	Hg	As	Co
Осадок первичных отстойников	2,37	20,2		16,8						-	-	-	-
Суспензия активного ила	1,88	4,22	151-4680	0,49-0,76	4,1	7,2	8-143	68-780	н/об٭	0,00-19,1	0,00-0,51	0,00-0,1	1,4
Сгущённая смесь осадков очистных сооружений	-	-	74-496	0,77-11,4	15,0-51,5	14,1-33,8	25,0-96,4	286-516	4,5-12,2	1,4-6,8	0,01-0,12	0,00-0,5	1,4-1,6
Шлам с АИ спиртового производства	0,317	4,26	19,5-322	0,15	-13,3	-72,7	6,0-85,4	23-76,5	0,00-8,8	0,00-0,7	0,12	0,1	Cл.- 3,3
Шлам с АИ дрожжевого производства	-	-	55,8	0,13	15,0	9,0	26,3	41,5	20,0	3,12	-	-	3,2
Лигнин	0,100	0,13		0,4	Сл.	Сл.	1,5		н/об	н/об	н/об	0,25	Cл.
Нормативы СаНПиН 2.1.7.573-98	-	-	н/р٭٭	н/р								н/р	н/р
ПДК в почве	-	-		н/р	6,0	20,0			30,0	0,5	2,1	н/р	5,0

٭ н/об − не обнаружено

٭٭ н/р − не регламентировано

гидролизного производства можно использовать в качестве удобрения.

Основными отходами при очистке сточных вод являются осадки первичных отстойников и избыточный активный ил. На гидролизных предприятиях осадки первичных отстойников представляют собой коллоидную массу, состоящую из лигнина, мёртвых дрожжей, гипса и других примесей. Их выделяют из сточных вод методами механической очистки (седиментацией, фильтрацией, осаждением в центробежном поле). Размеры частиц осадков 10^{-5 см. Осадки вторичных отстойников – это активный ил. По механическому составу активный ил относят к тонким суспензиям. Размер частиц в нём составляет 10-5}-10^{-7 см.}

Физико-механический состав и агрохимическая ценность осадков гидролизных заводов приводится в литературе [121,124]. Изучен химический состав активного ила [33,124]. Активный ил содержит обычно белки 40-50%, жиры, жироподобные и минеральные вещества. Известно также, что он содержит тяжёлые металлы (свинец, ртуть, селен), канцерогены.

Использование активного ила в технологических процессах и создание замкнутых циклов водопользования. Одним из самых простых и дешёвых способов утилизации избыточного активного ила является использование его в технологических процессах гидролиза в качестве жидкой фазы. На Кировском биохимическом заводе была проверена возможность использования суспензии избыточного активного ила в качестве водной фазы в процессах перколяционного гидролиза и для разбавления субстрата [50]. Но не были получены убедительные результаты [33].

Сернокислотный гидролиз активного ила и способы использования его гидролизата. Одним из перспективных способов утилизации активного ила является сернокислотный гидролиз и получение аминокислот. С этой целью кислотный гидролиз проводили в лабораторных условиях при содержании серной кислоты в суспензии активного ила 0,25-0,50% и температурах 100-180^о С.На рисунке 4.8 представлены кинетические кривые накопления аминного азота в гидролизате активного ила после его сепарирования в зависимости от температуры.

По результатам исследования установлено, что количество прогидролизованной биомассы возрастает с повышением температуры и концентрации кислоты. Гидролизаты, полученные при t=180^оС в течение 2 ч, имеют максимальную степень расщепления по биомассе (82,8%).

Гидролизат активного ила может быть использован в качестве флокулянта для осветления нейтрализованных гидролизатов древесины. На рисунке 4.9 представлены зависимости количества неосаждённых веществ нейтрализованных гидролизатов древесины от условий гидролиза активного ила.

ГАИ − гидролизат активного ила.

Из данных, представленных на рисунке, видно, что, чем выше температура гидролиза и концентрация кислоты, тем меньше неосаждённых веществ. Перелом кривых наблюдается при концентрации серной кислоты 0,4-0,5%. Дальнейшее увеличение концентрации не влияет на скорость осаждения лигногуминовых веществ. Повышение дозы гидролизата активного ила до 20% по отношению к нейтрализованному гидролизату древесины способствует увеличению скорости отстаивания лигногуминовых веществ.

Отработан оптимальный режим получения гидролизата активного ила с целью использования его в качестве флокулянта: t=150-180^оС, концентрация серной кислоты 0,25-0,5%, время 2 ч.

Гидролизаты активного ила гидролизного производства содержат биостимуляторы роста микроорганизмов (витамины, аминокислоты, микроэлементы) и при добавлении в гидролизные субстраты повышают их питательную ценность.

На Кировском биохимическом заводе была разработана и создана отдельная схема обезвреживания и утилизации осадков очистных сооружений. Эти осадки после сепарации подавали на термокислотный гидролиз с последующей нейтрализацией меловым молоком до рН 4,5-4,7 и отделением взвешенных веществ путём отстаивания. Часть осветлённой жидкости (аминный азот 60 мг/дм³) поступала в сборник осветлённого гидролизного сусла, а оставшаяся часть сбрасывалась в канализацию и поступала на очистные сооружения завода. Шлам с содержанием а.с.в. 13% фильтровали совместно с гидролизным шламом и вывозили на шламоотвал.

Шлам, содержащий осадки очистных сооружений и гидролизный шлам, гранулировали и испытывали для применения в качестве биооргано-минерального удобрения. Кировской сельскохозийственной академией выявлены положительные результаты действия этих удобрений при выращивании зерновых и овощных культур (картофель, огурцы, помидоры, зелень, капуста) в вегетационных, тепличных и полевых условиях.

Утилизация сгущённых осадков очистных сооружений. Осадки представляют себой разбавленные суспензии с содержанием абсолютно сухих веществ 0,7-0,5%. Поэтому одной из проблем в их утилизации является сгущение. Изучены все возможные способы обработки осадков с целью последующего сгущения. Сгущение осадков может осуществляться несколькими способами: химическая обработка (реагентная), тепловая обработка, жидкофазное окисление, замораживание и оттаивание.

Для обезвоживания осадков используют различное оборудование: барабанные вакуум-фильтры, ленточные фильтры, фильтр-прессы, центрифуги, сепараторы. В последнее время на очистных сооружениях применяют комбинированные методы обезвоживания, например, сгущение на сепараторах и последующее обезвоживание на центрифугах и фильтр-прессах, на ленточных фильтр-прессах.

Сопоставление методов и оборудования для механического обезвоживания осадков показывает, что каждый из них имеет определённые преимущества и недостатки. На центрифугах получают осадки с влажностью 80-90%, на фильтр-прессах – 65-80%, на ФПАКМах – 45-56%, на вакуум фильтрах – 70-80%.

В Западной Европе сгущённые осадки утилизируют, в основном, путём сброса на свалку (18-90%) или сжиганием (5-28%) [125]. В таких странах как Англия и Дания избыточный активный ил утилизируют в количестве 37-45% в качестве удобрения. Утилизация отходов в сельском хозяйстве ограничена действующими ПДК на содержание в них тяжёлых металлов.

В Санкт-Петербурге на Центральной станции аэрации применён способ обезвреживания осадка, включающий в себя снижение влажности осадка с помощью высокопроизводительных центрипрессов и сжигание осадка в печах с псевдоожиженным слоем. Технология Pyrofluid основана на сжигании осадков очистных сооружений в слое раскалённого песка в высокоскоростном потоке воздуха. Отличием технологии является принцип автотермичности, т.е. поддержание горения за счёт собственной теплотворной способности органической части осадка без использования дополнительного топлива. Воздух обогревают до t=600^oC за счёт тепла дымовых газов. Другую часть тепла дымовых газов утилизируют в паровом котле. Полученный пар используют в процессе центрифугирования для стабилизации и повышения эффективности обезвоживания. Дымовые газы проходят трёхступенчатую очистку. Такие установки функционируют также за рубежом: в Гавре (Франция), в Сарагосе (Испания), в Ковентри (Великобритания). В настоящее время в мире успешно действует более 30 установок на основе печей Pirofluid [125].

В СССР работало более 100 огневых установок по обезвреживанию жидких и твёрдых отходов (суспензию с иловых карт предлагается сжигать в вихревой нефутерованной печи), в том числе 10 на предприятиях медицинской и микробиологической промышленности.

Не менее перспективным направлением является утилизация сгущённых осадков сточных вод. Предложены различные способы утилизации избыточного активного ила, три из которых являются основными: применение для кормовых, технических целей, а также в качестве удобрения.

В связи с тем, что активный ил содержит ценные питательные вещества (белки, жиры, углеводы, витамины, кальций, фосфор, калий, микроэлементы и др.), прежде всего, исследована возможность его использования в рационе сельскохозяйственных животных, птицы и рыб. Но до настоящего времени его не используют в качестве кормовой добавки из-за наличия в нём ряда токсических веществ. В литературе [126] указывается на присутствие в активном иле гидролизных заводов (Кропоткино, Запорожье) 3,4-бензопирена в количестве 0,01-0,3 мг/м³. Разрешение на использование АИ в качестве кормовой добавки можно получить только в случае отсутствия в нём 3,4-бензопирена.

О возможности использования осадков очистных сооружений в качестве органического удобрения писали многие исследователи [105]. Наличие токсикантов в осадках соответствует ПДК содержания их в почве, поэтому допускается возможность их использования в качестве удобрения. Их можно вносить под технические культуры, применять при озеленении городов, лесовостановительных работах, рекультивации земель после промышленного использования. Известны работы по компостированию активного ила с лигнином [105].

Переработка лигнина и сгущённых осадков на компосты является перспективным способом реализации твёрдых отходов и наиболее рациональным при создании экологически безопасной технологической схемы.

На Кировском биохимическом заводе в лабораторных и опытно-промышленных условиях проводили компостирование лигнина с помощью микроорганизмов активного ила. Были проведены работы по компостированию осадков в смеси с лигнином в брикетах (0,015 х 0,015 х 0,020 м) и в промышленных условиях в буртах при температуре 18-28^о С.

Установлено, что осадки в смеси с лигнином в количестве 60% оказывают компостирующее действие: повышается массовая доля минеральных веществ с 12 до 15%, снижается количество неотмытых РВ и трудногидролизуемых полисахаридов, а также азота; увеличивается количество гуминовых веществ. Компостированное удобрение через три месяца имеет следующее качество: массовая доля минеральных веществ не более 15%, трудногидролизуемых полисахаридов не более 12%, массовая доля общего азота не менее 2%, массовая доля Р₂О₅ не менее 1,5%, массовая доля гуминовых веществ не менее 85%.

Основной недостаток вышеуказанных способов компостирования - длительное время – 3-6 месяцев. Для сокращения времени компостирования (один месяц) возможно использование отходов производства этилового спирта, а также известных компостирующих добавок «Байкал ЭМ-1» и «Тамир».

На Кировском биохимическом заводе реализован указанный выше способ утилизации осадков очистных сооружений, полученных после центрифугирования.

Помимо компостов, на основе твёрдых отходов гидролизного производства возможно получение органо-минеральных удобрений без процесса компостирования. Смеси лигнина и сгущённых осадков, содержащих около 70% гуминовых веществ (общего азота 3-4%, Р₂О₅ – 1,5-2%), можно использовать в качестве удобрения. Для этого проводят термообработку сгущённых осадков путём экструдирования или обработку каустиком и смешивают их с лигнином. Для того чтобы содержание эндогенных элементов было достаточно высоким, рекомендуется следующее соотношение основных компонентов: лигнина 50-40% и осадка 50-60% [33].

Технологическая схема получения органно-минеральных удобрений на основе жидких и твёрдых отходов гидролизного производства представлена на рисунке 4.10.

Избыточный активный ил очистных сооружений направляют на сепараторы (1) с целью сгущения до содержания абсолютно сухих веществ 2-4% и затем в сборник (2) для смешения с осадком первичных отстойников очистных сооружений. Далее насосами (3) смесь осадков подают на центрифуги (4) марки ОГШ-631К-02-М. Центрифугирование осуществляют с флокулянтами марки «Праестол» (ТУ 2216-001-40910172-98) или марки «Суперфлок С-494, 496». Раствор флокулянта готовят в две ступени. Вначале готовят в мешалке (5) раствор флокулянта с концентрацией 0,5%, а затем в следующей мешалке (6) с концентрацией 0,1%. Хозпитьевую воду задают в мешалки по указателю уровня. Мешалки снабжены механизмами для перемешивания. На 17-18 м³/ч смеси осадков задают 4,0-4,5 м³/ч 0,1% раствора флокулянта.

Фугат от центрифуги (4) непрерывно сбрасывают в канализацию и на очистные сооружения.

Сгущённый осадок от центрифуги (4) сбрасывают в бункер (8), из которого направляют на шнековый питатель (10).

Лигнин и гидролизный шлам автомашинами привозят и сваливают в груды. Затем элеватором их загружают в бункер (9), из которого направляют на шнековый транспортёр (10), где их смешивают с осадками.

Влажную смесь твёрдых отходов гидролизного производства компостируют в полевых условиях и используют в качестве удобрения.

Рис. 4.10. Технологическая схема получения органо-минерального удобрения (ОМУ) из отходов: 1- сепаратор; 2- сборник осадков; 3,7- насосы; 4- центрифуга; 5-мерник 30-40% р-ра флокулянта; 6-сборник 0,1% р-ра флокулянта; 8- бункер сгущённых осадков; 9- бункер лигнина и гидролизного шлама; 10- шнековый транспортёр; 11- экструдер; 12- барабанная сушилка; 13- топка

Экструдированное органно-минеральное удобрения (ОМУ) может быть использовано как во влажном, так и в сухом виде. Влажное ОМУ отгружают в автомашины, а сухое ОМУ фасуют в мешки и в таком виде реализуют покупателю.

Дата добавления: 2015-10-02