Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

1. МЕТОДЫ ОТЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ

2. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

3. СТАБИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД В АНАЭРОБНЫХ И АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ

1. МЕТОДЫ ОТЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, физико-химические и биохимические. В процессе очистки сточных вод образуются осадки, которые подвергаются обезвреживанию, обеззараживанию, обезвоживанию, сушке, возможна последующая утилизация осадков. Если по условиям сброса сточных вод в водоем, требуется более высокая степень очистки, то после сооружений полной биологической очистки сточных вод устраивают сооружения глубокой очистки. В соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» сточные воды после очистки перед сбросом в водоем подвергают обеззараживанию с целью уничтожения патогенных микроорганизмов.

Сооружения механической очистки сточных вод предназначены для задержания нерастворенных примесей. К ним относятся решетки, сита, песколовки, отстойники и фильтры различных конструкций.

Решетки и сита предназначены для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения. Песколовки служат ж для выделения примесей минерального состава, главным образом, песка. Отстойники задерживают оседающие и плавающие загрязнения сточных. Для очистки производственных сточных вод, содержащих специфические загрязнения, применяют сооружения, называемые жироловками, нефтеловушками, масло- и смолоуловителями и др. Сооружения механической очистки сточных вод являются, предварительной стадией перед биологической очисткой. При механической очистке городских сточных вод удается задержать до 60% нерастворенных загрязнений.

Физико-химические методы очистки городских сточных вод, с учетом технико-экономических показателей, используют весьма редко. Эти методы, в основном, применяют для очистки производственных сточных вод.

К методам физико-химической очистки производственных сточных вод относятся: реагентная очистка, сорбция, экстракция, эвапорация, дега-; зация, ионный обмен, озонирование, электрофлотация, хлорирование, электродиализ и др.

Биологические методы очистки сточных вод основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые минерализуют растворенные органические соединения, являющиеся для микроорганизмов источниками питания. Сооружения биологической очистки условно могут быть разделены на два вида. К первому виду относятся сооружения, в которых процесс биологической очистки протекает в условиях, близких к естественным (поля фильтрации и биологические пруды). В сооружениях второго вида ана-; логичная очистка осуществляется в искусственно созданных условиях - в аэротенках и биофильтрах.

Глубокая очистка сточных вод может потребоваться, если в сточной воде после полной биологической очистки перед сбросом в водоем необходимо снизить концентрацию взвешенных веществ, величину показателей БПК, ХПК и др.

При глубокой очистке сточных вод, главным образом, от взвешенных веществ используются фильтры различных конструкций. Для глубокой очистки от растворенных органических веществ применяют сорбцион-ные, биосорбционные, озонаторные и другие установки. Глубокая очистка сточных вод от соединений азота и фосфора может осуществляться физико-химическими и биологическими методами.

Дезинфекция сточных вод является заключительным этапом их обработки перед сбросом в водоем. Цель дезинфекции - уничтожение патогенных микроорганизмов, содержащихся в сточной воде. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции путем введения в воду газообразного хлора. Возможно обеззараживание сточных вод озоном, используются бактерицидные ультрафиолетовые лампы.

Обработка осадков сточных вод, образующихся в процессах очистки, заключается в снижении их влажности и уменьшении объема, в процессе обработки осадки обеззараживаются.

Загрязнения, задерживаемые решетками, вывозят с территорий станций очистки, либо дробятся и обрабатываются совместно с осадками из отстойников. Песок из песколовок обезвоживается на Песковых площадках и также вывозится или отмывается от органических загрязнений, подсушивается и используется в планировочных работах.

Осадок из первичных отстойников и уплотненный осадок из вторичных отстойников (активный ил) направляются в метантенки - герметичные резервуары, в которых под действием анаэробных микроорганизмов минерализуются органические вещества. Вместо метантенков применяется метод анаэробной стабилизации.

Дальнейшее снижение влажности осадков может достигаться в аппаратах механического действия - на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах, центрифугах.

Иловые площадки устраиваются для обезвоживания в естественных условиях сброженного в метантенках осадка [1].

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Для многих городов, населенных пунктов и промышленных предприятий весьма острой является проблема обработки и утилизации осадков. Часто осадки в необработанном виде в течении десятков лет сливались на перегруженные иловые площадки, в отвалы, хвостохранилища, карьеры, что привело к нарушению экологической безопасности и условий жизни населения.

В развитии методов обработки осадков можно выделить несколько этапов. Первая половина ХХ века характеризовалась в основном применением анаэробного сбраживания, сначала в эмшерах и двухъярусных отстойниках, а затем в обогреваемых метантенках с последующим естественным обезвоживанием и подсушкой на иловых площадках. Взамен иловых площадок на канализационных очистных сооружениях крупных городов все чаще стали применяться методы механического обезвоживания на вакуум-фильтрах с предварительным кондиционированием осадков неорганическими реагентами. Достаточно длительная практика эксплуатации этих аппаратов позволила выявить их недостатки (сложность, антисанитарные условия и высокая стоимость эксплуатации, значительный расход реагентов - до 20 % массы сухого вещества осадка, низкая удельная производительность) [1]. Более прогрессивными являются технологии обезвоживания осадков на осадительных шнековых центрифугах, ленточных, рамных и камерных фильтр-прессах. Для кондиционирования осадков стали использовать органические флокулянты .

Решением проблемы обезвоживания осадков сточных вод занимаются ученые всего мира. Проводятся новые исследования, разрабатываются новые технологии и оборудование.

Серьезной проблемой является обезвоживание осадков сточных вод г.Кувейта. Очистные сооружения, производительностью 66000 м3/сутки сточных вод, находятся на расстоянии около 15 км к западу от города. В настоящее время обезвоживание осадка осуществляется на трех песковых площадках, каждая из которых разделена на 10 ячеек площадью 25х15 м (всего 30 ячеек). Их производительность составляет в среднем 278 м3 осадка ежедневно. Осадок высушивается до влажности 40 % в летний период за 9 дней, в зимний - за 15 дней. Это довольно высокая цифра объясняется жарким климатом страны. Около 500 м3/сутки осадка вывозится танкерами, так как отсутствие необходимых свободных территорий в окрестностях сооружений ограничивает расширение существующих песковых площадок. С учетом того, что реконструкция очистных сооружений проводилось в 1981-82 годах и сейчас завод работает не на полную производительность, по прогнозным данным к 2017 году количество осадков значительно увеличится и необходимая площадь под песковые площадки возрастет минимум в 3 раза. В этой связи учеными были проведены масштабные исследования и рекомендовано введение механического обезвоживания на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах или центрифугах с использованием флокулянтов для интенсификации процесса.

В Йоркшире (Англия) ежедневно на очистные сооружения поступает около 1 млн. м3 сточных вод, образуется 1 400 м3 осадка (влажность около 96 %). Для обезвоживания использовались фильтр-прессы. Осадок обезвоживался до влажности 82 % и выше. После проведенных исследований было принято решение об установке двух декантерных центрифуг Alfa Laval Aldec G2 (рис.1).

Рис. 1. Декантерная центрифуга Alfa Laval Aldec G2

Центрифуги работают 24 часа в сутки, каждая обрабатывает в среднем 30 м3 осадка влажностью 96 % в час и производит кек влажностью 75 % (рис. 2). Таким образом, новое оборудование обезвоживает осадок до меньшей влажности и, кроме того, является менее энергоемким [4].

Рис. 2. Осадок, обезвоженный на центрифугах

Alfa Laval Aldec G2 (Йоркшир, Англия)

Успешно решена проблема обработки и обезвоживания осадков в Швеции. В Швеции функционирует около 2000 городских очистных сооружений, Осадки с малых очистных сооружений обычно транспортируются для стабилизации и обезвоживания к более крупным станциям очистки сточных вод, рассчитанных на 2000 человек и больше. Ежегодно в Швеции образуется около 1 млн. м3 осадков с содержанием сухого вещества около 180 тыс. т (влажность около 82 %). Основным оборудованием, используемым для обезвоживания осадка, являются центрифуги. Для снижения общей загрязненности сточных вод и, соответственно, осадков в Швеции были проведены такие мероприятия:

- строгий контроль промышленных сбросов сточных вод в канализацию;

- информационная кампания для населения о вреде сбросов ядовитых веществ и мусора в бытовую канализацию.

Очень остро стоит проблема утилизации осадков для г. Санкт-Петербурга. Применение традиционного метода обезвоживания осадков на иловых площадках было неприемлемо в связи с геологическими особенностями территории (высокий уровень грунтовых вод), сложными климатическими условиями и отсутствием земель для их размещения. Предусмотренная проектом схема обработки сырых осадков (обезвоживание на вакуум-фильтрах, термическая сушка осадка в сушилках со встречными струями, использование высушенного осадка в качестве удобрения в сельском хозяйстве) на практике оказалась неработоспособной. Для функционирования вакуум-фильтров требовалось большое количество, исчисляемое десятками тонн в сутки, реагентов: хлорного железа и извести. Сушилки со встречными струями, несмотря на неоднократную реконструкцию, работали нестабильно, на отдельных узлах установок несколько раз происходили взрывы. Очистка отходящих газов практически не предусматривалась. Агропромышленный комплекс пригородов не принимал даже термически высушенный осадок, который оставался нестабилизированным и в процессе непродолжительного складирования разлагался с выделением дурнопахнущих газов.

Временным решением проблемы стало строительство полигонов для складирования обезвоженных осадков. В 2002 году на полигонах площадью 196 га в пригородной зоне было размещено свыше 6 млн. м3 обезвоженного нестабилизированного осадка. Ежегодная потребность в таких площадях составляет 8 - 10 га. Пригодных земель на расстоянии 50 - 60 км от города не осталось, ближайшие расположены на 250 - 300 км от очистных сооружений. Кроме того, полигоны представляют собой экологически опасные объекты из-за выделения вредных дурнопахнущих веществ, вероятности загрязнения грунтовых вод и разрушения ограждающих конструкций. По окончании эксплуатации полигонов необходимы высокие затраты на проведение их рекультивации. Для решения проблемы были внедрены установки по механическому обезвоживанию и последующему сжиганию осадка.

В Украине для обезвоживания осадков используются преимущественно большие иловые площадки, расположенные на окраинах городов. В результате отсутствия последующей обработки из года в год отмечается рост объемов осадков и ила (для Украины ежегодно около 40 млн. т), что составляет реальную угрозу вторичного загрязнения окружающей среды. При отсутствии механического обезвоживания осадка ежегодная потребность в иловых площадках только для размещения образуемого в г.Киеве осадка составляет 14 га, а для всей Украины - 120 га/год. Иловые площадки являются экологической проблемой как настоящего, так и в долгосрочной перспективе. В силу того, что большинство из них заполнено, вода и осадок из них либо переливаются через край и загрязняют окружающую среду, либо же избыток воды и осадка возвращается на очистные станции, таким образом увеличивается нагрузка на очистные сооружения. В долгосрочной перспективе просачивание загрязненной воды в грунт может привести к загрязнению подземных вод и водотоков [10].

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 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.

В роботе 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:

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 распростанение 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 и Украины.

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 (рис. 3) 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).

Рис. 3. Декантерная центрифуга «BARGAM» Barigelli Gambetti (Италия)

Рис. 4. Осадок, обезвоженный на декантерной центрифуге «BARGAM» Barigelli Gambetti (Италия)

При использовании для обезвоживания осадков центрифуг ОГШ отечественного производства расход электроэнергии на обезвоживание осадков и масса больше. 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

Дегидратор имеет конструкцию, которая предотвращает засорение барабана, таким образом, отпадает потребность в больших объемах промывной воды.

Дегидратор отличается низким уровнем шума и вибрации.

Установка потребляет на порядок меньше электроэнергии, чем какие-либо другие системы обезвоживания, 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.

Рис. 5. Шнековый дегидратор «AMKON» (Япония)

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.

Рис. 6. Фугат после шнекового дегидратора «AMKON» (Япония)

Рис. 7. Осадок после шнекового дегидратора «AMKON» (Япония)

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 [1].

2. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Исследования санитарного состояния осадков, образующихся в процессах очистки сточных вод населенных мест, показывают, что не только первичные, но и сброженные в мезофильных условиях смеси содержат большое количество гельминтов и патогенных микроорганизмов. Попадая в благоприятные условия, яйца гельминтов проходят инвазионную стадию развития и становятся способными заражать людей и животных.

Обеззараживание осадков сточных вод достигается разными методами: - термическими - прогревание, сушка, сжигание; - химическими - обработка химическими реагентами; - биотермическими - компостирование; - биологическими - уничтожение микроорганизмов простейшими, грибками и растениями почвы; - физическими воздействиями - радиация, токи высокой частоты, ультразвуковые колебания, ультрафиолетовое излучение и т. п.

Во многих случаях задача обеззараживания осадков решается в основных процессах их обработки, например при термофильной стабилизации, тепловой обработке, термосушке и сжигании. Как самостоятельная, она ставится в случае дальнейшего их использования в сельском хозяйстве в качестве органического удобрения. Широкое практическое применение для этих целей получили термические и химические методы обеззараживания осадков.

Обеззараживание жидких осадков нагреванием до температуры около 100°С при экспозиции в несколько минут способствует гибели яиц гельминтов и отмиранию патогенных микроорганизмов. При термическом режиме 52-56°С в течение 5 мин погибают многие патогенные бактерии, при температуре 62-74°С и времени экспозиции до 30 мин отмирают вирусы. Поэтому термическая пастеризация опасных в санитарном отношении осадков является обязательной стадией их обработки, особенно в технологических процессах, предусматривающих утилизацию осадка.

Эффективная технологическая схема установки для непрерывной пастеризации жидких осадков разработана фирмой «Ферайнигте Кесель-верке АГ» (Германия). Достоинство этой схемы заключается в том, что часть затрачиваемой теплоты используется вторично путем применения двухступенчатого теплообмена сначала в первом теплообменнике, а затем во втором. Установка позволяет осуществлять непрерывную пастеризацию осадка при температуре 65 °С в течение 30 мин в трубчатых теплообменниках. В качестве теплоносителя можно использовать горючие газы или пар, применяя конструкции типа аппаратов погружного горения. Однако следует учитывать, что такая обработка не дает требуемого эффекта, если осадок долго хранится без последующего обезвоживания, в нем повторно увеличивается число санитарно-показательных форм микроорганизмов. очистка сточный вода дезинфекция

Прогрев осадка до температуры 60-65 °С возможно осуществлять с помощью парового эжектора. При этом наряду с обеззараживанием осадка достигается улучшение показателей влагоотдачи.

Наиболее эффективными для нагревания жидких осадков являются аппараты с использованием непосредственного контакта теплоносителя с осадками. Это возможно при использовании погружных горелок и нагревателей со встречными струями, обеспечивающих барботажный нагрев осадков. В процессе такого нагревания происходит перемешивание сред со скоростью, которую трудно достичь при механическом способе. Кроме этого, продукты горения вносят незначительное количество влаги и поэтому осадки дополнительно не разжижаются.

Сущность низкотемпературного (ниже 100° С) нагревания погружными газовыми горелками заключается в том, что продукты сгорания газа в горелках пропускаются через среду. В отношении передачи теплоты этот способ является весьма эффективным. Продукты горения, выходящие без остатка в нагреваемую среду и раздробленные на мельчайшие пузырьки с большой площадью поверхности, почти мгновенно (в интервале времени истечения) охлаждаются до температуры, которая на 2-3 °С выше температуры нагреваемой среды. При этом обеспечивается интенсивная передача теплоты, которая практически полностью усваивается. Недостатком указанного способа является необходимость питания горелки газом и воздухом среднего давления из-за значительного сопротивления столба нагреваемой среды.

Обеззараживание механически обезвоженных осадков проводят на установках по дегельминтизации (рис. 15.24), состоящая из ленточного конвейера с приемным бункером и газовых горелок инфракрасного излучения. Для создания слоя осадка толщиной 10-25 мм бункер оборудован подвижными стенками и регулировочными валами. Температура прогревания осадка регулируется скоростью движения ленты, числом работающих горелок и толщиной слоя осадка. При движении по конвейеру осадок нагревается до температуры 60-65 °С.

Такие установки рекомендуется применять на станциях пропускной способностью 20-30 тыс. м3/сут.

Рис. 8 Схема установки по дегельминтизации осадков:

1 - приемный бункер; 2 - подвижные стенки бункера; 3 - регулировочные валы; 4 - металлическая лента конвейера; 5 - газовые горелки инфракрасного излучения; 6 - вытяжной зонт; 7 - конвейер обработанного осадка

Химическое обеззараживание осадков можно осуществлять как жидких, так и обезвоженных. Для химического обеззараживания осадков применяют известь, аммиак, тиазон, формальдегид и мочевину. Остаточное содержание в осадках названных веществ предотвращает реактивацию патогенных микроорганизмов и поддерживает стабильность осадков.

Ранее отмечалось, что введение в осадки извести повышает величину рН до 10 и более, они теряют запах, подавляется развитие в них са-нитарно-показательных микроорганизмов (кишечной палочки и энетрокок-ка). Однако щелочная среда не оказывает существенного влияния на яйца гельминтов. Деструкция и гибель яиц гельминтов происходит при введении в осадки только негашеной извести, которая наряду с увеличением щелочности осадков повышает их температуру. В процессе гашения 1 грамм-моля окиси кальция, содержащейся в извести, выделяется 65 кДж тепла.

В последние годы получают распространение способы обеззараживания осадков химическими веществами, которые применяются либо для удобрения почвы, либо для уничтожения вредных почвенных микроорганизмов или сорняков. К таким веществам относятся аммиак (аммиачная вода) карбатион, формальдегид и др.

По данным Института медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е. И. Марциновского, полное обеззараживание обезвоженных осадков происходит при добавлении аммиачной воды в количестве 5% по аммиаку от массы осадка и контакте не менее 10 сут. Применение вместо аммиачной воды безводного аммиака более эффективно, так как для обеззараживания требуется меньший его расход. Обеззараживание осадков безводным аммиаком достигается при дозе 3%. Для смешения осадка с аммиаком могут применяться двухвальные шнековые или лопастные смесители непрерывного действия.

Опыты, проведенные на Курьяновской станции, показали эффективность применения тиазона для обеззараживания осадков сточных вод. Тиазон в количестве 0,2-2% от массы осадка и экспозиции 3-10 сут оказывает губительное действие не только на яйца гельминтов, но и на патогенные бактерии, в том числе туберкулеза, а также на яйца и личинки мух. Это обеспечивает получение эпидемиологически безопасного, пригодного для удобрения осадка. Внесение обработанного тиазоном осадка в почву позволяет также осуществлять основную функцию тиазона - уничтожение возбудителей инфекций, плесени, фитонематоды и сорняков.

В США разработана технология обеззараживания и повышения удобрительной ценности осадков сточных вод путем обработки их формальдегидом в сочетании с мочевиной.

Применение извести, аммиака, тиазона, формальдегида и мочевины позволяет использовать их двойное действие -- на осадки и почву, что приводит к снижению эксплуатационных затрат на обеззараживание осадков и подготовку их к утилизации в качестве удобрения. Однако доза внесения осадков, обработанных химическими веществами, должна устанавливаться с учетом их действия на окружающую среду.

Радиационный метод обеззараживания осадков изучался в Киевском медицинском институте. Обработка осадков ускоренными электронами и гамма-лучами в 1 Мрад и выше полностью уничтожает патогенные кишечные бактерии и яйца гельминтов. После такой обработки осадки соответствуют требованиям, предъявляемым к осадкам, используемым в качестве удобрения. При облучении необходимо создавать равномерный слой осадка толщиной, не превышающей проникающей способности электронов.

Общая характеристика процессов обеззараживания осадков сточных вод приведена в табл. 15.18. На крупных станциях аэрации целесообразно применение термической сушки механически обезвоженных осадков, позволяющей сократить транспортные расходы и получить удобрение из осадков в виде сыпучих материалов. Для сокращения топливно-энергетических расходов на станциях аэрации пропускной способностью до 20 тыс. м3/сут целесообразно применение камер дегельминтизации, до 50 тыс. м3/сут -- методов химического обеззараживания. В случаях, когда осадок не подлежит утилизации в качестве удобрения, может применяться сжигание с использованием получаемого тепла. Существенное снижение топливно-энергетических и транспортных расходов достигается при использовании методов, обладающих комплексностью в решении задач обработки осадков, например, термофильное сбраживание (стабилизация и обеззараживание), термосушка (обезвоживание и обеззараживание), биотермическая обработка (стабилизация, обезвоживание и обеззараживание) и др.[1].

3. СТАБИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД В АНАЭРОБНЫХ И АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ

Анаэробное

Метановое сбраживание -- один из основных методов обработки осадков городских сточных вод.

Цель -- предотвращение загнивания осадков и их обезвреживание. Совокупность превращений органических компонентов осадков при сбраживании, по схеме Бартера, состоит из кислой и щелочной (метановой) стадий. Первую стадию осуществляют кислотообразующие бактерии. Благодаря разнообразию физиологических групп и метабиотическими взаимоотношениям между отдельными видами кислотообразующих бактерий биохимической деструкции подвергаются все компоненты осадков: жиры, белки, углеводы. Под действием разнообразных гадролаз сложные органические составляющие осадков подвергаются внеклеточному гидролизу, превращаясь в соединения, доступные для питания клеток бактерий.

Внутриклеточное окисление продуктов ферментативного гидролиза белков, жиров и углеводов приводит к образованию конечных продуктов первой стадии сбраживания осадков: низших жирных кислот (НЖК), спиртов жирного ряда, аммиака, водорода, диоксида углерода, сероводорода. Более 70% жирных кислот приходится на долю уксусной кислоты, примерно 25% составляют пропионовая и масляная кислоты. Кроме того, в процессе кислого брожения в незначительном количестве образуются муравьиная, валериановая, капроновая кислоты. Очевидно, кроме белков, жиров и углеводов кислотообразующие бактерии могут использовать и другие вещества, способные сбраживаться. К числу таких веществ относятся пурины и пиримидины, есть данные о сбраживании алканов и ароматических углеводородов. Щелочную или метановую стадию брожения осадков городских сточных вод осуществляют метаногенные бактерии, превращающие продукты жизнедеятельности кислотообразующих бактерий в метан. Реакции метанообразования многоступенчаты и протекают с участием разнообразных ферментов и витамина Ви, входящего в метилтрансферазы. Биологическую роль этих реакций -- получение клеткой необходимой энергии. Различают реакции двух типов: 1) осуществляемые бактериями, способными использовать уксусную кислоту и метиловый спирт и 2) бактериями, не способными к этому процессу и потребляющими в качестве донора водорода другие соединения. При ферментации уксусной кислоты и метилового спирта по реакции 1-го типа метан образуется в результате восстановления метиловой группы. В реакциях 2-го типа синтез метана происходит путем восстановления диоксида углерода. Многие виды метаногенных бактерий восстанавливают СО2, используя молекулярный водород.

Примерно 70% метана образуется в реакциях 1-го типа, остальная часть -- при восстановлении СО2. В условиях промышленного метанового брожения сложных субстратов, осуществляемого сообществом разнообразных микроорганизмов, некоторые сапрофитные бактерии, обычно не образующие метан, при совместном развитии начинают его продуцировать, сбраживая сложные органические вещества. Обе стадии брожения протекают синхронно, процесс в целом контролируют метаногенные бактерии. При нормально протекающем процессе брожения образующийся газ состоит из метана (65-70%) и СО2. Молекулярный водород -- продукт первой стадии брожения -- может обнаруживаться в очень незначительном количестве, т.к. используется метаногенными бактериями. Сероводород -- продукт распада серосодержащих аминокислот -- связывается с железом, присутствующим в осадке, с образованием нерастворимого сульфида. Аммиак гадролизуется и остается в растворе. Эффективность процесса сбраживания оценивается по выходу газа с 1 кг загруженного беззольного вещества. Для каждого вида осадка существует теоретический предел сбраживания, зависящий от его состава: содержания в беззольном веществе осадков жиров, белков и углеводов. Теоретически при сбраживании этих веществ выход газа составляет соответственно 0,92; 0,34 и 0,62 кг/кг. Предел сбраживания показывает, какая часть беззольного вещества осадков может перейти в газ. Для осадков городских сточных вод он составляет 45--58%, при этом активный ил, содержащий больше белков и меньше жиров, имеет меньшее значение предела сбраживания. Реальный выход газа, т.е. эффективность процесса сбраживания, зависит от ряда параметров. Существенно влияет на скорость процесса температуpa. В иловых камерах септиков, двухъярусных отстойников, осветлителей-перегнивателей, в которых процесс протекает при естественной температуре, длительность созревания осадка составляет соответственно 160; 60 -- 120 и 20 -- 130 сут. в зависимости от средней температуры сточных вод. В обогреваемых метантенках продолжительность сбраживания снижается до 5--14 сут. Процесс можно проводить в двух температурных режимах: мезофильном -- при 30--35°С и термофильном -- при 50--55°С. Во втором случае скорость процесса в 2 раза выше, кроме того, достигается полная гибель яиц гельминтов и патогенных микроорганизмов. При мезофильных температурах степень обеззараживания осадка по содержанию сальмонелл и фекальных колиформ достигает 90%, по яйцам гельминтов 50--80%. В обоих режимах анаэробный ил легче переносит понижение температуры, чем ее повышение за указанные предельные значения. Важный показатель для метаногенных бактерий, имеющих оптимум рН в пределах 6,8--7,5,-- реакция среды. Образующийся в процессе брожения СО2 частично переходит в раствор. Между раствором и газовой фазой устанавливается подвижное равновесие.

При устойчивом процессе брожения содержание СО2 в газе примерно постоянно (30--35%), и в растворе поддерживается соответствующая концентрация бикарбонатов, определяющая величину щелочности, а следовательно, и значение рН бродящего осадка. Запас щелочности обеспечивает некоторую буферность среды. В случае снижения значения рН, т.е. увеличения концентрации ионов Н+ в среде, равновесие в системе сдвигается влево, что приводит к связыванию водородных ионов. На процесс сбраживания влияет возраст анаэробного ила, т.е. время в сутках, за которое происходит полный обмен активной биомассы метантенка. Биомассу принято оценивать по концентрации беззольного вещества в бродящем осадке. Для поддержания постоянной концентрации активной биомассы необходимо обеспечить равенство скоростей ее прироста и удаления микроорганизмов со сброженным осадком. Т.к. прирост биомассы в анаэробных системах невелик, возраст анаэробного ила должен быть достаточно большим, чтобы предотвратить вымывание микрофлоры из метантенка. Возраст анаэробного ила можно увеличить возвратом части сброженного и предварительно сгущенного осадка в метантенк. Наконец, на процесс брожения осадков городских сточных вод влияют такие токсичные соединения, как катионы тяжелых металлов, растворимые сульфиды, ПАВ, цианиды, фенолы. Резкое изменение любого из перечисленных параметров может привести к нарушению процесса сбраживания и прежде всего сказывается на жизнедеятельности метано-генных бактерий, более требовательных и чувствительных к условиям окружающей среды. При этом нарушается равновесие кислой и метановой стадий брожения, в среде накапливаются метаболиты кислотообразующих бактерий - НЖК. Обычно концентрация НЖК в бродящей массе составляет 300--700 мг/л, а в период нарушений она может достигать 2000--3000 мг/л. Сами НЖК в концентрации до 6000--8000 мг/л не токсичны для метано-генных бактерий, но их накопление выше уровня нейтрализующей способности системы приводит к снижению щелочности, а следовательно, и значения рH.

Процесс анаэробной стабилизации осадков реализуется в одно- и двухступенчатых схемах. Сбраживание по одноступенчатой схеме может осуществляться с рециклом части сброженного сгущенного осадка или без него. Двухступенчатые схемы применяют с целью либо отделения иловой воды и уменьшения объема сброженного осадка, либо интенсификации процесса брожения. В первом варианте необходимо предусматривать возврат иловой воды в начало очистных сооружений, что приводит к повышению нагрузки на них и ухудшает качество очищенной воды. Второй вариант двухступенчатых схем основан на использовании принципиальных физиологических различий кислотообразующих и метаногенных бактерий и проведении каждой стадии брожения в отдельном сооружении. Процесс получил название фазовой сепарации. Процесс анаэробной стабилизации позволяет получить стабильный, незашивающий осадок. Наличие в нем соединений азота, фосфора и калия позволяет использовать осадок в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Образующийся биогаз, имеющий теплотворную способность около 21000 кДж/м3 (5000 ккал/м), обычно используют в котлах для поддержания выбранного температурного режима сбраживания. Процесс контролируют по совокупности параметров, важнейшими из которых являются рН, бикарбонатная щелочность, НЖК, количество и состав биогаза [2].

Аэробное

Объем избыточного активного ила, образующегося на станциях, как правило, в 1,5--2,5 раза превышает объем сырого осадка. Высокая влажность и большое содержание белков в иле обусловливают низкий выход газа при его анаэробном сбраживании. С экономической точки зрения значительно выгодней сбраживать в метантенках один сырой осадок, поэтому з последнее время все чаще прибегают к аэробной стабилизации активного ила.

Особенно перспективно применение аэробной стабилизации на станциях с небольшим расходом сточных вод при невысокой концентрации взвешенных веществ в воде. В этом случае значительно упрощается схема станции, так как из нее исключают первичные отстойники. Единственным осадком, образующимся на станции, является избыточный активный ил, минерализацию которого осуществляют в аэробных условиях в минерализаторах

Для более крупных станций возможно применение схемы, в которой избыточный активный ил подвергается аэробной стабилизации, а осадок сбраживается в метантенках. Сочетание двух вариантов обработки осадков приводит к значительному сокращению объема метантенков и позволяет полностью обеспечить их теплом за счет сжигания образующегося газа.

При соответствующем технико-экономическом обосновании аэробная стабилизация может быть применена и для обработки смеси активного ила и осадка.

Аэробная стабилизация осадков осуществляется в обычных аэротен-ках или в аэротенках, совмещенных с отстойниками. Процесс стабилизации активного ила длится 7--10 суток. Для стабилизации смеси осадка и ила требуется 10--12 суток. Низкая скорость процесса требует большего расхода воздуха, составляющего по данным АКХ 150--240 м3 на 1 м3 активного ила и 240--430 м3 на 1 м3 смеси осадка и ила, поэтому при обработке больших расходов сточных вод аэробная стабилизация осадков не применяется.

Аэробная стабилизация обеспечивает гибель бактерий Coli более чем на 95%, но яйца гельминтов при этом не погибают. Поэтому аэробно стабилизированные осадки необходимо обеззараживать [3,4].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод. 2009, 475с

Размещено на Allbest.ru