Обработка осадков сточных вод

Отечественными и зарубежными  исследованиями отмечается высокая  бактериальная загрязненность дождевых сточных вод: она лишь в 10 - 100 раз  ниже, чем хозяйственно-бытовых сточных  вод. Большая часть бактерий содержится в твердой фазе, что свидетельствует  об опасности осадка в санитарно-эпидемиологическом отношении. Бактериологический состав осадков поверхностного стока вызывает необходимость их обеззараживания  перед сбросом или утилизацией, так как они сильно загрязнены бактериями группы кишечной палочки. По данным зарубежных исследований [11] количество бактерий кишечной группы в водоемах увеличивается при выпадении  дождей в 10 раз и больше. Повышенная загрязненность сохраняется в течение двух-трех суток после выпадения осадков, что объясняется наличием большого количества микробов в примесях, которые оседают. В осадках дождевых вод могут находиться практически любые возбудители болезней человека и животных (бактерии, вирусы, яйца гельминтов). Количество яиц гельминтов в 1 кг осадка может достигать нескольких сотен [12].

В роботе [12] предложена технология обработки  осадка, включающая следующие этапы:

Подготовительный - обезвоживание  осадка на фильтр-прессах с предварительным  его кондиционированием флокуляцией. Под действием флокулянтов частицы осадка агрегируются, сокращается площадь поверхности частиц, увеличиваются размеры пор и количество свободной воды, уменьшается количество связанной воды. Это приводит к повышению водоотдачи осадка на стадии обезвоживания.

Основной - обработка полученного  кека негашеной известью, при этом образуется зернистый гранулированный материал и одновременно происходит обеззараживание осадка за счет повышения температуры до 80°С при реакции негашеной извести с водой. Такой осадок рационально использовать для удобрения кислых почв.

Обезвоживание - основная стадия обработки  осадков, обеспечивающая уменьшение их объема, поэтому рассмотрим методы и аппараты, применяемые для обезвоживания  осадков сточных вод. Их можно  классифицировать по виду механического  воздействия на их структуру [2]:

• обезвоживание осадков под разряжением;
• обезвоживание осадков под давлением;
• обезвоживание осадков в центробежном поле.

Сопоставление методов и аппаратов  для механического обезвоживания  осадков показывает, что каждый из них имеет ряд преимуществ  и ряд недостатков.

Преимуществом вакуум-фильтров является возможность обработки осадков  без выделения песка и распространения  запаха. Следует учитывать, что для  нормальной работы вакуум-фильтров необходимо вспомогательное оборудование: вакуум-насосы, воздуходувки, ресиверы, центробежные насосы и устройства, обеспечивающие постоянное питание вакуум-фильтра. Недостаткам вакуум-фильтров являются сложность управления, низкая надежность, невозможность использования органических флокулянтов для кондиционирования осадка, громоздкость, повышенный расход электроэнергии и загрязненность окружающее среды.

Фильтр-прессы применяют для обработки сжимаемых аморфных осадков в тех случаях, когда осадок направляют после обезвоживания на сушку или сжигание, либо когда необходимо получить осадки с минимальной влажностью. Это оборудование рационально использовать для обезвоживания осадков промышленных сточных вод с высоким содержанием минеральных составляющих.

Все большее распространение находит  центрифугирование осадков. Достоинствами  этого метода являются простота, экономичность  и управляемость процессом. После  обработки на центрифугах получаются осадки низкой влажности.

Хорошо себя зарекомендовали центрифуги западных фирм, прежде всего германской фирмы "Вестфалия-Сепаратор", которые  внедрены во многих городах России [1] и Украины, в том числе и  на объектах научно-инженерного центра "Потенциал - 4" [13].

Научно-инженерный центр "Потенциал - 4" (Киев) с 1990 года разрабатывает  и внедряет сооружения очистки производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод  и поверхностного стока. Для механического  обезвоживания осадков используются декантерные центрифуги "BARGAM" (Италия) и шнековые дегидраторы "AMCON" (Япония).

Итальянские декантерные центрифуги и полимерные станции "BARGAM" Barigelli Gambetti используются для обработки и обезвоживания разнообразных за составом вод и осадков: хозяйственно-бытовых сточных вод, поверхностного стока (дождевых и талых вод), во многих видах промышленности. Преимуществами декантеров "BARGAM" Barigelli Gambetti является возможность обработки суспензий в большом диапазоне концентраций твердой фазы и размеров частиц, обезвоживания осадков до влажности 62 - 68 %, автоматизация и простота в обслуживании, автоматический подбор дозы флокулянта, низкая стоимость в сравнении с европейскими аналогами, в сравнении с отечественными аналогами более низкая установленная мощность и масса (таблица 1).

При использовании для обезвоживания  осадков центрифуг ОГШ отечественного производства расход электроэнергии на обезвоживание осадков и масса  больше (таблица 1). При обезвоживании  осадка на центрифугах ОГШ достигается  снижение влажности до 70 - 75 %.

Особенности работы шнекового дегидратора "AMCON" (Япония)

• Шнековый дегидратор предназначен для обезвоживания любых видов осадков, образовавшихся в процессе очистки сточных вод (хозяйственно-бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и др.)
• Установка предназначена для обезвоживания осадков с концентрацией взвешенных веществ от 2000 мг/л до 35000 мг/л
• Обезвоженный осадок имеет влажность 68 - 75%, в зависимости от состава сточных вод
• Установка имеет встроенную зону сгущения, что предотвращает необходимость дополнительного оборудования для сгущения осадка (илоуплотнитель) и позволяет обезвоживать осадок с низкой концентрацией взвешенных веществ (от 2000 мг/л)
• Дегидратор имеет конструкцию, которая предотвращает засорение барабана, таким образом, отпадает потребность в больших объемах промывной воды
• В установке отсутствуют высоконагружаемые и высокооборотные узлы, что свидетельствует о надежности конструкции. Дегидратор отличается низким уровнем шума и вибрации
• Установка потребляет на порядок меньше электроэнергии, чем какие-либо другие системы обезвоживания (таблица 1), что является приоритетным в контексте устойчивого развития и энергосбережения и значительно снижает эксплуатационные затраты
• Незначительные габариты и вес шнекового дегидратора позволяют компактно разместить установку на очистных сооружениях
• Установка работает в автоматическом режиме по датчикам уровня или по таймеру и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Принцип работы шнекового дегидратора "AMCON" (Япония)

Стабилизированный осадок подается насосом  в отделение для обработки  флокулянтом, затем осадок направляется в узел обезвоживания. В процессе обезвоживания фильтрат вытекает из зазоров между кольцами. Ширина зазоров уменьшается в направлении выхода кека. В зоне сгущения она составляет 0,5 мм; в зоне обезвоживания сужается от 0,3 мм до 0,15 мм. Шаг витков шнека также уменьшается, создавая давление в зоне обезвоживания, в то время как объем осадка уменьшается. На конце шнека установлена прижимная пластина, которая регулирует внутреннее давление в барабане. Кек сбрасывается в контейнер, а фильтрат направляется в голову очистных сооружений.

Таким образом, обезвоживание осадков  на иловых площадках составляет реальную угрозу вторичного загрязнения окружающей среды, требует значительных капитальных  затрат и большие площади под  размещение. Для эффективного решение  проблемы обезвоживания осадков  необходимо внедрять установки механического  обезвоживания с предварительным  кондиционированием осадка. Наиболее прогрессивным является использование  декантерных центрифуг и шнековых дегидраторов, так как это оборудование можно компактно разместить на очистных станциях, оно работает в автоматическом режиме, а также является низкоэнергоемким, что способствует снижению эксплуатационных затрат и является приоритетным в контексте устойчивого развития и энергозбережения.

Глава 3. Проблемы применения и эксплуатации установок для термической обработки  осадков сточных вод

Одновременно с освоением высокоэффективных  методов очисти сточных вод и  обработки осадков, совершенствуются и технологические процессы промышленных предприятий в результате которых синтезируются сложные органические, небиогенные вещества, ПАВы и консерванты, которые на сегодняшний день, невозможно удалить из сточных вод на очистных сооружениях используя традиционные методы. Вследствие этого часть сточных вод сбрасывается в водные объекты без соответствия нормативным показателям.

Таким образом, очевидна проблема, связанная  с нарастающим антисанитарным состоянием водных источников, а также необходимость  решения экологических, экономических  и технологических задач по очистке  сточных вод и обработке осадков  очистных сооружений.

Методы термической обработки  осадков сточных вод

Для осадков городских сточных  вод характерна загрязненность токсичными веществами, склонность к загниванию и зараженность патогенными организмами. Поэтому традиционные методы обработки  осадков, такие как использование в качестве сельскохозяйственного удобрения, сброс в природные водоемы, компостирование, сжигание, захоронение, не всегда эффективен, и становятся экологически небезопасными.

При выборе методов обработки канализационных  осадков необходимо учитывать следующие  социально - экономические факторы:

• Действительно ли рассматриваемый метод способен выполнить те задачи, для решения которых его предполагается использовать?
• Осуществим ли он технически?
• Имеются ли финансовые и трудовые ресурсы, необходимые для его осуществления?
• Является ли рассматриваемый вариант наиболее рентабельным в данных условиях?
• Каковы негативные и позитивные последствия реализации проекта в экологическом аспекте?
• Может ли экологическая эффективность быть существенно увеличена при незначительном увеличении затрат? И наоборот, можно ли значительно снизить затраты при незначительном снижении экологической эффективности? Если да, то есть ли возможность более эффективно использовать освободившиеся средства на экологические цели?
• Предлагаемое решение административно выполнимо и разумно?
• Какое влияние принятие данной политики или технологии окажет на различные слои общества? Достигнутые результаты соответствуют социальным целям общества или противоречат им?
• Общее развитие население в области понимания проблем обработки отходов и развития общества в целом [1].

В общей проблеме очистки сточных  вод обработка осадков представляет собой сложный и окончательно не решенный вопрос. Из предлагаемых современных  методов перспективными являются методы термической обработки осадков.

При тепловой обработке осадки полностью  обеззараживаются, приобретая стабильные свойства и способность к хорошей  водоотдаче, что позволяет отказаться от реагентных способов обработки осадков.

Практика внедрения установок  высокотемпературной обработки  осадка показала целесообразность их усовершенствования. Кроме того, должны соблюдаться и технологические  требования, такие как: сушка осадка до влажности не менее 50%; полное обеззараживание  осадка; максимальное уничтожение запаха осадка и отработанного сушильного агента; взрывобезопасность установки; исключение возгорания высушенного  осадка с целью снижения транспортных расходов; простоту эксплуатации; утилизацию тепла отработанной парогазовой  смеси.

Достаточно эффективна установка  прямоточной сушки осадка сточных  вод влажностью 80-82% [2]. Схема данной установки приведенная на рисунке 1. Влажность высушенного осадка составляет 40-50%.

При обработке осадка совмещаются  такие технологические операции, как сушка, обеззараживание и  пневмотическое транспортирование на площадку складирования. Обезвоженный в центрифугах осадок с влажностью 80-85% подается в аккумулирующий бункер 1. Далее осадок из бункера подается с помощью винтовых насосов 2 по трубопроводам 3 для его распыления через форсунки 4 в зону сушки рабочего трубопровода 5. с помощью воздуходувок 6 через воздуховод 7 подается воздух в камеру сгорания 8, где он нагревается за счет сжигания топлива достигая температуры 800-900оС. При транспортировке осадка в высокотемпературной среде происходит его сушка и обеззараживание. Винтовой питатель уплотняет высушенный осадок в 2-4 раза. Парогазовая смесь выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу 12 после того, как поступит в мокрый скруббер 11. Пуск оборудования установки и регулировка температурного режима обработки осадка осуществляется с пульта управления оператором.

Из технологической схемы очевидно, что высоко-температурный режим сушки осадка достигается с помощью использования камеры сгорания.

Термически высушенный осадок безопасен  в санитарном отношении и является органо-минеральным удобрением. Следует учитывать и то, что в городских бытовых сточных водах содержатся значительные количества самых разнообразных производственных стоков и токсичных веществ (яды, химикаты, сорняки, соединения мышьяка, ртути, свинца и др.).

С санитарной точки зрения относительно новым способом переработки отходов  является пиролиз. Процесс пиролиза обладает лучшими показателями по сравнению  с сжиганием. Пиролиз представляет собой процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода. В результате работы пиролизных установок был получен твердый продукт (экологит), а также смола пиролиза [2]. В настоящее время существует около 50 систем по пиролизу отходов, которые отличаются друг от друга видом исходного сырья, температурой процесса конструктивными решениями технологической схемы переработки сырья [3].

Тем не менее, все системы переработки  осадков объединяет главный недостаток - потребление значительного количества топлива для обеспечения температуры, необходимого для сжигания осадка. Избежать данной проблемы можно при  использовании взрывной камеры [4]. При  взрыве в замкнутом объеме достигается  температура 2500-5000оС, что значительно  больше температуры, используемой в  многоподовых печах и пиролизных установках для сжигания осадков сточных вод, при этом на один килограмм взрывчатого вещества давление может достигать 20-50 гПа. Это позволяет сделать вывод о том, что при использовании взрывной камеры можно производить сушку, прессование и сжигание осадков иловых площадок, используя в качестве источника энергии - энергию взрыва [5].

Предлагаемое использование взрывных камер предусматривает использование  энергии взрыва взрывчатых веществ для термического разложения в сильной ударной волне уничтожаемых материалов.

Технологическая схема утилизации осадков иловых площадок и очистных сооружений с использованием взрывной камеры показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема утилизации осадков иловых площадок и очистных сооружений с использованием взрывных камер 1 - ил (органическое сырье), 2 - взрывная камера, 3 - газовая смесь, 4 - зола на повторный цикл, 5 - твердый остаток, 6 - твердый остаток на повторный цикл, 7 - накопитель газовой смеси с системой очистки, 8 - накопитель твердого остатка, 9 - на утилизацию обезвреженной твердой фракции или выделение из нее определенных ценных веществ, 10 - жидкий остаток, 11 - нагретая вода на отопление или для иных нужд, 12 - очищенная газовая смесь, 13 - турбогенератор, 14 - выпуск газовой смеси в атмосферу, 15 - электроэнергия, 16 - накопитель жидкого остатка, 17 - на утилизацию обезвреженной жидкой фракции или выделение из нее определенных ценных веществ  Параметры такой взрывной камеры зависят от следующих физико-химических характеристик взрывчатых веществ: чувствительность к механическим и тепловым воздействиям, химическая и физическая стойкость, плотность [6].