Виды и состав сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

Осадки сточных вод - сложная многокомпонентная система, состоящая из органической и минеральной частей. В осадках городских сточных вод содержится большое количество микроорганизмов, в том числе патогенных, токсичных соединений особенно ионов тяжелых металлов, в концентрациях значительно превышающих ПДК металлов в почве. Объем влажных осадков, образующихся на канализационных очистных сооружениях, составляет от 0,5 до 1,0% от объема сточной воды в зависимости от технологической схемы очистки. Качество осадков сточных вод в основном зависит от нормы водоотведения, развития и характера промышленности, эффективности работы локальных очистных сооружений предприятий, от состава городских очистных сооружений. Количество осадков постоянно растет, и на сегодняшний день они являются основным загрязнителем окружающей среды.

При выборе методов и оборудования для переработки осадков сточных вод существенную роль играют их состав, количество, стоимость оборудования и реагентов, экологическая безопасность. [6]

1. Виды и состав осадков

На канализационных очистных сооружениях основная часть загрязнений, содержащаяся в сточных водах в относительно разбавленном виде, при очистке задерживаются, концентрируются и образуют осадок.

Осадки сточных вод представляют собой водные суспензии минеральных и органических веществ различного состава и происхождения, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической или физико-химической очистки (реагентной) с объемной концентрацией полидисперсной твердой фазы от 0,5 до 10%. Осадки относятся к классу труднообезвоживаемых полидисперсных суспензий. Как и во всех суспензиях, влага в осадках сточных вод находится в химической, физико-химической и физико-механической связи с твердыми частицами, а также в свободном виде.

По химическому составу осадки делят на:

минеральные (песок, глинистые частицы, масла, кислоты, щелочи, соли и т.п.);

органические - с зольностью менее 10% (бытовые отходы, фекалии, растительные масла, нефтепродукты, волокна растений и т.п.);

смеси органических и минеральных веществ, зольность изменяется от 10 до 60%.

В зависимости от технологической схемы очистки сточных вод, можно выделить несколько видов осадков:

осадок (отбросы) с решеток;

осадок (песок) из песколовок;

осадок первичных отстойников;

активный ил вторичных отстойников после биологической очистки в аэротенках;

биологическая пленка вторичных отстойников после биофильтров;

осадок первичных отстойников с коагулянтами или флокулянтами;

активный ил с коагулянтами или флокулянтами;

смеси осадков и илов.

Загрязнения сточных вод могут переходить в осадок, не изменяя своего химического состава и структуры (осадок с решеток, из песколовок, из первичных отстойников), и с изменением состава и структуры (избыточный активный ил или избыточная биопленка, осадки после реагентной обработки воды и др.).

Температура осадков 12-200С, а активная реакция среды (показатель рН) такая же, как и сточной воды, колеблется в пределах от 6 до 8.

В зависимости от условий формирования и особенностей отделения различают осадки первичные и вторичные [1].

К первичным относятся грубодисперсные примеси, которые находятся в твердой фазе и выделены из воды методами механической очистки: процеживание, седиментация, фильтрация, флотация, осаждение в центробежном поле. Ко вторичным осадкам относятся примеси, первоначально находящиеся в воде виде коллоидов, молекул и ионов, но в процессах биологической или физико-химической очистки воды или обработки первичных осадков образуют твердую фазу [1].

Общая классификация осадков приведена в табл. 1.1 [1].

Методы обработки, объемы, состав и свойства осадков из первичных и вторичных отстойников зависят от вида, количества и состава очищаемых на очистных сооружениях сточных вод (бытовых, производственных, дождевых).

Таблица 1.1

Классификация осадков сточных вод [1]

Осадки грубые (отбросы) задерживаются решетками. В состав отбросов входят крупные взвешенные и плавающие вещества, преимущественно органического происхождения: содержащие бумаги - 68,5%, тряпок - 26,6%, дерева, соломы - 2,0%, кухонных отбросов - 2,7%, костей - 0,3% [1]. Количество отбросов на решетках с прозорами 16 мм составляет на 8 л/чел. год - при влажности 80% и объемной массе 750 кг/м3.

Задержанные отбросы раньше подвергались дроблению с последующим выпуском их в канал перед решеткой. В настоящее время отбросы с решеток прессуются в пресстранспортерах, загружающие в герметичные контейнеры и вывозятся на утилизацию. Переработка этих отбросов может осуществляться в метантенках, на пиролизных установках вместе с другими осадками или направляться на компостирование для получения удобрения вместе с мусором.

Осадки тяжелые задерживаются песколовками. В их состав входит песок, обломки минералов, кирпич, уголь, битое стекло и т.п.

Объем задерживаемого песка - 0,02-0,03 л/чел. сут., объемная масса - 1,5 т/м3, влажность 60%.

Осадки плавающие, задерживаемые жироловками или всплывающие в отстойниках. Количество 2 л/чел. год при влажности 60% и объемной массе 0,6 т/м3.

Осадки сырые задерживаются первичными отстойниками. В бытовых сточных водах эти осадки представляют собой студенистую, вязкую суспензию с кисловатым запахом, не утратившую еще своей структуры. Органические вещества в них составляют 75-80% и быстро загнивают, издавая неприятный запах. Влажность осадка при самотечном удалении после 2-часового отстаивания принимается 95-96%, а при удалении из отстойника плунжерными насосами - 94-95% [2]. Механический состав осадков из первичных отстойников отличается большой неоднородностью.

Размер отдельных частиц колеблется от 10 мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности.

Активный ил, задерживаемый вторичными отстойниками после аэротенков, представляет биоценоз микроорганизмов и простейших, обладает свойством флокуляции. Структура активного ила представляет хлопьевидную массу бурого цвета. В свежем виде активный ил почти не имеет запаха или пахнет землей, но, загнивая, издает специфический гнилостный запах. По механическому составу активный ил относится к тонким суспензиям и состоит на 98% по массе из частиц размерами меньше 1мм. Влажность активного ила, выгружамого из вторичных отстойников после аэротенка, составляет 99,2-99,6%, после биофильтров - 96-96,5% [1].

Активный ил, уплотненный в илоуплотнителях вертикального типа, имеет среднюю влажность 98%, радиального типа - 97%, флотационного уплотнителя - от 96 до 97%, термогравитационного уплотнителя - от 95 до 96%, других специальных уплотнителей - до 90% [1].

Шламы, задерживаемые отстойниками или другими сооружениями после физико-химической очистки, выделяются в результате локальной очистки или доочистки промышленных сточных вод с применением реагентной обработки, фильтрования, электролиза, адсорбции, ионного обмена, обратного осмоса.

Осадки сброженные в анаэробных условиях. Структура осадка сброженного в метантенках, двухъярусных отстойниках и других сооружениях анаэробного сбраживания мелкая и однородная, цвет - почти черный или темно-серый. Осадки отличаются высокой текучестью, выделяют запах сургуча или асфальта. В метантенках распад осадков сопровождается выделением большого количества газа - метана.

Влажность осадка, выгружаемого и метантенков, зависит от соотношения осадка активного ила по сухому веществу и распада беззольного вещества. При сбраживании смеси осадка из первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила средняя влажность осадка, выгружаемого из метантенков равна 97%, и двухступенчатых метантенков - 93% [3].

Осадки из аэробных стабилизаторов. Степень распада органического вещества при аэробной стабилизации значительно меньше, чем при анаэробных процессах, но оставшаяся часть достаточно стабильна. После аэробной стабилизации осадки уплотняются в отстойниках за 5-15 ч до влажности 96-98%. При стабилизации бактерии коли гибнут на 95%, но яйца гельминтов не исчезают, поэтому осадки после аэробной стабилизации нуждаются в обеззараживании.

Кек - осадок после механического обезвоживания или подсушенный на иловых площадках.

Осадки также содержат канцерогенные и токсичные вещества, соли тяжелых металлов, синтетические ПАВ и др., содержание которых определяется наличием в хозяйственно-бытовых стоках примесей производственных сточных вод, а также бактериологическую загрязненность живыми микроорганизмами (бактерии, водоросли, простейшие) и паразитов (например, личинки и яйца гельминтов). В активном иле, кроме аэробных бактерий, составляющих основную массу, встречаются дрожжевые и плесневые грибы, простейшие; из патогенных бактерий - возбудители желудочно-кишечных и других заболеваний. Поэтому осадки опасны в санитарно - эпидемиологическом отношении и требуют обеззараживания.

На очистных сооружениях промышленных предприятий образуются осадки и шламы (минерального происхождения) производственных сточных вод.

Количество, влажность, плотность и химический состав осадков и шламов производственных сточных вод колеблются в широких пределах.

Осадки производственных сточных вод можно разделить на инертные и токсичные, стабильные и нестабильные (загнивающие).

В зависимости от места образования, внешнего вида и консистенции подразделяют на четыре класса токсичности и по степени опасности [4]: чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренно опасные, малоопасные.

Данная классификация опасности химических веществ выполняется на основе их ПДК в почве по расчетному индексу токсичности.

По воздействию на окружающую среду выделяют четыре класса осадков в процессе очистки производственных сточных вод на промышленных предприятиях [4].

Токсические нестабильные органические и минеральные осадки наиболее опасны для окружающей среды, так как они имеют бинарное отрицательное воздействие на биосферу. В зависимости от степени несовершенства производственной технологии как сами сточные воды, так и их осадки могут быть более сложными и представлять собой смесь веществ различных классов. Обработка и особенно утилизация таких осадков встречает значительные трудности, так как сложность технологии разделения взаимосвязанных продуктов возрастает с увеличением числа разнородных по происхождению компонентов.

Токсичные стабильные минеральные осадки, твердая фаза которых или часть ее отличается высокой активностью в биологическом отношении (токсичной) и тем, что присутствие этих веществ даже в малых количествах создает определенную опасность для биологических объектов окружающей среды.

Инертные нестабильные органические осадки отличаются умеренной токсичностью промышленных веществ, состоят преимущественно из органических веществ, легко подвергающихся различным биохимическим превращениям в биосфере, обычно загниванию.

Инертные стабильные минеральные осадки - это увлажненная твердая фаза, содержащая нетоксические (инертные) минеральные вещества, являющиеся в санитарном отношении стабильными вследствие отсутствия в них веществ, служащих питательным материалом для гнилостных микроорганизмов. Эти осадки представляют меньшую опасность для окружающей среды из всех перечисленных.

2. Свойства осадков

Осадок, образующийся в процессе очистки сточных вод, характеризуется различными составом и свойствами, которые зависят от условия образования, метода очистки и условия эксплуатации очистных сооружений.

Основная часть сухого вещества осадка из первичных отстойников (в среднем 60-75%) и активного ила (в среднем 70-75%) составляют органические вещества. Органическая часть активного ила в основном состоит из веществ белкового происхождения (до 50%) при содержании жиров и углеводов, соответственно, до 30-10%. В сыром осадке из первичных отстойников белков примерно в 2 раза меньше, а углеводов в 2,5-3 раза больше, чем в активном иле [3]. Органическая часть осадков быстро загнивает, выделяя неприятный запах, при этом увеличивается количество коллоидных и мелко - дисперсных частиц, вследствие чего снижается водоотдача осадков.

Основной составной частью сырого осадка, избыточного и уплотненного активного ила, а также сброженного осадка является вода, которая достаточно плохо отделяется от минеральных и органических частиц. Во всех видах осадка (кроме отбросов с решеток и осадки из песколовок) содержится 90-99% влаги, которая состоит из свободной, коллоидно-связанной и гигроскопической воды.

Свободная (68,4-69% для осадков первичных отстойников) не связана с твердыми частицами и легко удаляется сушкой на иловых площадках, фильтрацией или отжимом на машинах при небольших давлениях, обезвоживанием до Р = 80% [5].

Коллоидно-связанная или связанная (21,5-25,5%) удаляется из осадков с большим трудом, частично может быть удалена фильтрацией и отжимом при коагуляции. Полное удаление коллоидно-связанной воды возможно только сушкой при повышенных температурах.

Гигроскопическая вода (или химически связанная) составляет 4-10% от всей массы воды и не удаляется даже при термической сушке, а удаляется только при сжигании осадка.

Общее влагосодержание в осадках называют понятием «влажность» и физические свойства осадков зависят от нее. Сырой осадок при влажности более 90% - жидкая текучая масса; 82-90% - консистенция сметаны; 82- 86% - жидкая грязь; 80-82% - влажная земля [5]. С уменьшением влажности осадка уменьшается объем, за счет удаления иловой воды. Но удаление из осадка только свободной воды недостаточно для того, чтобы осадок приобрел влажность, при которой его можно транспортировать (менее 83%), и необходимо, как правило, удалять еще 30% коллоидно-связанной воды.

Соотношение между количеством свободной и связанной воды определяет свойства водоотдачи осадков, водоотдача измеряется показателем удельного сопротивления, которое принято считать основным обобщающим параметром, позволяющим учитывать изменения состава и свойства осадка, и служит исходной величиной при выборе метода обработки осадков и расчете соответствующих сооружений. Чем выше удельное сопротивление, тем хуже идут фильтрация и обезвоживание. Удельное сопротивление можно уменьшить обработкой осадков химическими реагентами, воздействием теплом или холодом.

Сырой осадок первичных отстойников обезвоживается значительно лучше, чем сброженный в метантенках. Свежий сырой осадок и неуплотненный активный ил имеют значительно меньшие удельные сопротивления, чем сброженные осадки и уплотненный активный ил. При этом наибольшее удельное сопротивление имеет осадок, сброженный в термофильных условиях [3; 6].

Сухое вещество осадка из первичных отстойников имеет следующий элементарный состав, % по массе: углерод - 35,4-87,8%; водород - 4,5-8,7%; сера - 0,2-0,7%; азот - 1,8-8%; кислород - 7,6-31,4%. Сухое вещество активного ила содержит: 44-75,8% углерода; 5,6-8,2% водорода; 0,9-2,7% серы; 3,3-9,8% азота; 12,5-43,2% кислорода [3].

Общий химический состав осадков в процессе очистки муниципальных сточных вод приведен в табл. 1.2, а в табл. 1.3 приведен химический состав их минеральной части [1]. В осадках сточных вод могут также содержаться свинец, кобальт, кадмий, ртуть и другие элементы. На водоотдачу осадков также влияет гранулометрический состав осадков, т.е. зависит от размера частиц их твердой фазы. Чем мельче частицы, тем хуже водоотдача осадков. Искусственное или естественное изменение состава и свойств осадков приводит к изменению их водоотдачи. Поскольку состав очищаемых сточных вод различен, то и водоотдача осадков различна для разных очистных станций.

Таблица 1.2

Общий химический состав осадков, % к абсолютно сухому

веществу [1]

* В сырых осадках в основном присутствуют белковые вещества, а в сброженных - гуминовые соединения.

Таблица 1.3 Химический Состав минеральной части осадков, % к абсолютно сухому веществу [1]

Обобщенные показатели первичных и вторичных осадков городских очистных сооружений даны в таблице 1.4 [1].

Таблица 1.4

Показатели осадков станций очистки городских сточных вод

3.Методы обработки осадков сточных вод

Осадки, образующиеся в процессе очистки сточных вод (песок из песколовок, осадок первичных отстойников, избыточный активный ил и др.), должны подвергаться обработке с целью обезвоживания, стабилизации, снижения запаха, обеззараживания, улучшения физико-механических свойств, обеспечивающих возможность их экологически безопасной утилизации или размещения (хранения или захоронения) в окружающей среде [2].

Современная технологическая схема в обработки осадков включает следующие процессы: уплотнение (сгущение), стабилизация органической части осадков, кондиционирование, обезвоживание, утилизация ценных продуктов, ликвидация.

Основные процессы, применяемые для обработки сточных вод, представлены на рис. 1.1 [4].

Уплотнение осадков сточных вод является первичной стадией их обработки и предназначено для уменьшения их объемов. Наиболее распространены гравитационный и флотационный методы уплотнения. Гравитационное уплотнение осуществляется в отстойниках-уплотнителях; флотационное - в установках напорной флотации. Применяется также центробежное уплотнение осадков в гидроциклонах, центрифугах и сепараторы. Перспективно вибрационное уплотнение путем фильтрования осадка сточных вод через фильтрующие перегородки или с помощью погруженных в осадок вибрационных устройств.

Стабилизация осадков используется для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества, что предотвращает загнивание осадков при длительном хранении на открытом воздухе (сушка на иловых площадках, использование в качестве сельскохозяйственных удобрений и т.п.).

Стабилизация или минерализация органического вещества осадка может осуществляться в анаэробных условиях (метановое брожение) и в аэробных условиях. Для стабилизации осадков промышленных сточных вод применяют, в основном, аэробную стабилизацию - длительное аэрирование осадков в сооружениях типа аэротенков, в результате чего происходит распад основной части биологически разлагаемых веществ, подверженных гниению.

Кондиционирование осадков проводят для разрушения коллоидной структуры осадка органического происхождения и увеличения их водоотдачи. Применяют в основном реагентный метод кондиционирования.

Обезвоживание осадков сточных вод предназначено для получения осадка (кека) влажностью 50-80%. Обезвоживание осуществлялось в основном сушкой осадков на иловых площадках. Однако низкая эффективность такого процесса, дефицит земельных участков в промышленных районах и загрязнение воздушной среды обусловили разработку и применение механического обезвоживания: вакуум-фильтрование, центрифугирование, фильтрпрессование, термическая сушка. При проектировании цеха механического обезвоживания иловые площадки предусматриваются как аварийные.

Ликвидация осадков сточных вод применяется в тех случаях, когда утилизация их является невозможной или экономически нецелесообразной.

Выбор рациональной технологической схемы обработки осадка является сложной инженерно-экономической и экологической задачей, но в любом случае технологическая схема строится на комбинации различных методов обработки осадков, так как технологические схемы обработки осадков зависят от многих факторов: свойств осадков, их количества, климатических условий, наличия земельных площадей и пр.

Рис. 1.1. Основные процессы, применяемые для обработки осадков [4]

В табл. 1.5 приведены наиболее распространенные методы обработки осадков, которые следует рассматривать как отдельные процессы в схеме полной обработки осадков.

Таблица 1.5

Методы обработки осадков [7]

Список литературы

Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов - М.: Изд-во АСВ, 2008. - 704 с.

СП 32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. - Введ. 01.01.2013. - М.: Минрегион России, 2012. - 97 с.

Самохина В.Н. Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Справочник проектировщика. - М.: Стройиздат, 1981. - 629 с.

Алексеев В.И. Проектирование сооружений переработки и утилизации осадков сточных вод с использованием элементов компьютерных информационных технологий / Учебное пособие- М.: Изд-во АСВ, 2003. - 176 с. сточный вода осадки минерализация

Благоразумова А.М. Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод / Учебное пособие. - СПб.: Изд-во Лань, 2014. - 208 с.

Хисамеева Л.Р., Селюгин А.С., Абитов Р.Н., Бусарев А.В., Урмитова Н.С. О-23 Обработка осадков городских сточных вод / Учебное пособие - Казань: Изд-во КГАСУ, 2016. - 105 с

Размещено на Allbest.ru