Обработка осадков сточных вод

Содержание

 

Введение

Глава 1. Обработка осадков сточных вод

Глава 2. Обезвоживание осадков сточных вод

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

Заключение

Литература

 

Введение

 

В процессе биохимической очистки  в первичных и вторичных отстойниках  образуются большие массы осадков: осадки в основном минерального состава; осадки в основном органического  состава; смешанные осадки, содержащие как минеральные, так и органические вещества.

 

Глава 1. Обработка осадков  сточных вод

 

В процессе биохимической очистки  в первичных и вторичных отстойниках  образуются большие массы осадков: осадки в основном минерального состава; осадки в основном органического  состава; смешанные осадки, содержащие как минеральные, так и органические вещества.

Для обработки и обезвреживания осадков используются различные  технологические процессы, которые  представлены на рис.6.27.

Уплотнение активного ила. Уплотнение осадков связано с удалением  свободной влаги и является необходимой  стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении удаляется в среднем 60 % влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза. Наиболее трудно уплотняется активный ил. Влажность активного ила составляет 99,2-99,5 %. 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.

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).

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.6.28, а схема флотационного уплотнителя - на рис.6.29.

 

 

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 %.

Сгущение активного ила проводят в гидроциклонах, центрифугах и  сепараторах.

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.

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 С0₂, Н₂0 и NH₃). Оставшиеся органические вещества становятся неспособными к загниванию, 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.

Стабилизацию можно проводить  по двум схемам (рис.6.30). В схеме на рис.6.30, а в стабилизатор подают уплотненный  избыточный активный ил, а стабилизированный  осадок поступает на последующую  обработку. В схеме на рис.6.30, б  в стабилизатор подают избыточный ил из вторичных отстойников. Из стабилизаторов осадок поступает в уплотнитель. Часть осадка возвращают в стабилизатор.

 

 

Кондиционирование осадков. Этот процесс  предварительной подготовки осадков  перед обезвоживанием или утилизацией  проводят для снижения удельного  сопротивления и улучшения водоотдающих свойств осадков вследствие изменения их структуры и форм связи воды. От условий кондиционирования зависит производительность аппаратов обезвоживания, чистота отделяемой воды и влажность обезвоженных осадков. Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами.

При реагентной обработке осадка происходит коагуляция - процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц. В качестве коагулянтов используют соли железа, алюминия [FeS0₄, Fe₂ (S0₄) ₃, FeCl₃, A1₁ (S0₄) ₃] и известь. Эти соли вводят в осадок в виде 10% -х растворов. Могут быть также использованы отходы, содержащие FeCl₃, A1₂ (S0₄) ₃ и др. Наиболее эффективным является применение хлорного железа совместно с известью. Доза хлорного железа составляет 5-8 %, извести 15-30 % (от массы сухого вещества осадка).

Вместо коагулянтов можно использовать и флокулянты. Для осадков с высоким содержанием органических веществ (25-50 %) целесообразно использовать только ка-тионные флокулянты; для осадков с зольностью 55-65 % следует комбинировать ка-тионные и анионные флокулянты; для осадков 65-70 % рекомендуют анионные флокулянты.

В осадок флокулянты вводят в виде растворов концентрацией 0,01-0,5 % по активной части. Доза флокулянта при обезвоживании осадков фильтрованием 0,2-1,5 %, при центрифугировании 0,15-0,4 % (на сухое вещество).

К безреагентным методам обработки относятся тепловая обработка, замораживание с последующим отстаиванием, жидкофазное окисление, электрокоагуляция и радиационное облучение.

 

обезвоживание осадок сточная вода

Рис. 6.31. Схема установки тепловой обработки осадка: У — резервуар; 2,7 — насосы; 3 — теплообменник; 4 — реактор; 5 — устройство для снижения давления; б — уплотнитель; 8, 9 — аппараты механического обезвоживания

 

Тепловая обработка. Один из способов - нагревание осадка в автоклавах до 170-200°С в течение 1 ч. За это время разрушается коллоидная структура осадка, часть его переходит в раствор, а остальная часть хорошо уплотняется и фильтруется. Схема тепловой обработки осадка показана на рис.6.31.

Осадок из резервуара-накопителя под  давлением подают в теплообменник, где он нагревается осадком, прошедшим  тепловую обработку в реакторе. После  охлаждения в теплообменнике и снижения давления осадок поступает в илоуплотнитель, а затем на обезвоживание. Нагревание осадка производят "острым" паром. Удельный расход пара составляет 120-140 кг на 1 м³ осадка. Уплотняют осадок в радиальных уплотнителях в течение 2-4 ч. Влажность уплотненных осадков 93-94 %. Обезвоживание производят на вакуум-фильтрах и фильтр-прессах.

Метод замораживания и оттаивания. Сущность метода заключается в том, что при замораживании часть связанной влаги переходит в свободную, происходит коагуляция твердых частиц осадка и снижается его удельное сопротивление. При оттаивании осадки образуют зернистую структуру, их влагоотдача повышается. Замораживание проводят при температуре от - 5 до - 10°С в течение 50-120 мин.

Для замораживания используют аммиачные  холодильные машины. На рис.6.32, а  показана схема установки для  замораживания и оттаивания осадка. В резервуары с осадком подают жидкий аммиак, который, испаряясь в  трубах, замораживает осадок. Пары аммиака поступают в компрессор, сжимаются и проходят теплообменник, где пары конденсируются с выделением тепла. В резервуаре происходит оттаивание осадка. Далее жидкий аммиак через вакуум-отделитель возвращают на охлаждение осадка.

Установка барабанного типа для  замораживания и оттаивания осадка представлена на рис.6.32, б. Замораживание  идет на поверхности вращающегося барабана, который погружен в поддон с осадком. Толщину слоя намораживаемого осадка регулируют ножом. Замороженный осадок снимают этим ножом и подают на решетку конденсатора, где он оттаивает  и через отверстия попадает в  емкость. Холодильный агент циркулирует  по трубопроводам. В период пуска  установки решетку дополнительно  охлаждают водой из оросителя. После оттаивания осадок уплотняют, а затем подсушивают.

 

Схемы установок для замораживания  и оттаивания осадка: а - с аммиачной  холодильной машиной трубчатого тина: 1 - резервуары для замораживания, 2 - насос, 3 - вакуумный отделитель, 4 - компрессор, 5 - маслоотделитель, б - промежуточный теплообменник, 7 - резервуар для отгаивания; б - барабанного типа: / - трубопровод, 2 - поддон, 3 - регулирующий нож, 4 - барабан-испаритель, 5 - нож, 6 - решетка-конденсатор, 7 - регулирующий вентиль, 8, 10, Л - трубопроводы холодильного агента, 9 – ороситель

 

Жидкофазное окисление. Сущность метода заключается в окислении органической части осадка кислородом воздуха  при высокой температуре и  высоком давлении. Схема установки  жидкофазного окисления приведена  на рис.6.33.

В приемном резервуаре смесь сырого осадка и активного ила нагревают  до температуры 45-50°С. Затем осадок через теплообменник поступает в реактор. Из реактора смесь продуктов окисления, воздуха и золы направляют через теплообменник, где она отдает тепло, в сепаратор, из которого осадок через теплообменник возвращается в приемный резервуар, а затем поступает на уплотнение и обезвоживание. При обработке осадка влажностью 96% выделяемого тепла достаточно для поддержания заданного режима. Выделяющиеся в сепараторе газы используют в турбогенераторе.

Обезвоживание осадков. Осадки обезвоживают на иловых площадках и механическим способом.

Иловые площадки - это участки  земли (корты), со всех сторон окруженные земляными валами Если почва хорошо фильтрует воду и грунтовые воды находятся на большой глубине, иловые площадки устраивают на естественных грунтах. При залегании грунтовых вод на глубине до 1,5 м фильтрат отводят через специальный дренаж из труб, а иногда делают искусственное основание. Рабочая глубина площадок - 0,7-1 м. Площадь иловых площадок зависит от количества и структуры осадка, характера грунта и климатических условий. Иловую воду после уплотнения направляют на очистные сооружения.

Иловые площадки-уплотнители сооружают  глубиной до 2 м с водонепроницаемыми стенами и дном. Принцип их действия основан на расслоении осадка при отстаивании. При этом жидкость периодически отводят с разных глубин над слоем осадка, а осадок удаляют специальными машинами.

Механическое обезвоживание осадков  проводят на вакуум-фильтрах (барабанных, дисковых, ленточных), листовых фильтрах, фильтр-прессах, центрифугах и виброфильтрах.

 

 

Установки механического обезвоживания  осадков, кроме основных агрегатов, включают вспомогательное оборудование для подготовки осадков к обезвоживанию  и транспортированию. На рис.6.34 представлена установка для обезвоживания  осадка на барабанных фильтрах.

Осадок из резервуара насосом через  дозатор подают на фильтр, куда поступают  и реагенты. На поверхности вращающегося барабана образуется уплотненный осадок, который удаляется сжатым воздухом. Фильтрат поступает в ресивер, где  происходит разделение воздуха и  фильтрата. Фильтрат, содержащий от 50 до 1000 мг/л осадка, смешивают с исходными  сточными водами и подвергают совместной очистке.

Регенерацию ткани фильтра проводят сжатым воздухом.

Обезвоживающие установки с  центрифугами. Для обезвоживания  используют в основном шнековые центрифуги, производительность которых при  обработке осадков из первичных  отстойников составляет 8-30 м³/ч, а сброженных осадков 12-40 м³/ч. Удельный расход энергии составляет 2,5-3,3 кВт-ч на 1 м³ обрабатываемого осадка. Влажность обезвоженного осадка зависит от зольности активного ила. Например, при зольности сырого активного ила 28-35 % влажность обезвоженного осадка составляет 70-80 %, при зольности (38-42) - (44-47) %, а зольности 65-75 % соответствует влажность 50-70 %.

Для обезвоживания осадков рекомендуют  следующие технологические схемы:

1) раздельного центрифугирования  сырого осадка первичных отстойников  и активного ила;

2) центрифугирования осадков первичных  отстойников с последующим аэробным  сбраживанием фугата (рис.6.35).

По первой схеме фугат сырого осадка направляют в первичные отстойники, а фугат активного ила используют в качестве возвратного ила в аэротенках. По этой схеме из состава очистных сооружений исключаются илоуплотнители. Время отстаивания в первичных отстойниках увеличивается до 4-4,5 ч. На центрифугу подают весь активный ил или его часть.

 

Рис. 6.35. Схемы установок обезвоживания осадков с применением центрифуг: а — с раздельным центрифугированием осадков из первичного и вторичного отстойников; б — с центрифугированием осадков первичных отстойников и последующим аэробным сбраживанием фугата: 1 — первичные отстойники; 2 — аэротенки; 3 — вторичные отстойники; 4 — центрифуги; 5 — минерализатор; 6 — уплотнитель

 

По второй схеме производят центрифугирование  осадка первичных отстойников с  последующим аэробным сбраживанием фугата в смеси с избытком неуплотненного активного ила. Продолжительность сбраживания в минерализаторе 6-8 сут, а время уплотнения 6-8 ч. Влажность уплотненного осадка - 97,5 %. Для обезвоживания осадков рекомендуют использовать и сепараторы, которые обеспечивают сгущение неуплотненного избыточного активного ила концентрацией 3,9-4,3 кг/м³ до концентрации 54,7-71,8 кг/м³.

 

Рис. 6.36. Схема узлов сушки осадков: а — с барабанной сушилкой: / — топка, 2 — загрузочная труба, 3 — сушильный барабан, 4 — разгрузочная камера, 5 — батарейный циклон, 6 — дымосос, 7 — скруббер, 8 — транспортер сухого осадка; б — с распылительной сушилкой: 1 — топка, 2 — сушила, 3 — батарейный циклон, 4 — вентилятор, 5 — циклон, 6 — бункер готового продукта, 7 — пневмопровод; в — с сушилкой со встречными струями: 1 — ленточный транспортер, 2 — приемная камера, 3 — шнековый питатель, 4 — сушильная камера с разгонными трубами, 5 — камеры сгорания, 6 — вертикальный стояк, 7 — трубопровод для ретура, 8 — шлюзовые затворы, 9 — сепаратор, 10 — скруббер