Обработка осадков сточных вод

Термические методы обработки осадков. Сушку осадков производят в случае их подготовки к рециклингу. Для сушки применяют конвективные сушилки: барабанные, со встречными струями, с кипящим слоем, распылительные. В качестве сушильного реагента используют топочные газы с температурой 500-800°С, перегретый пар или горячий воздух. Барабанные сушилки для термической обработки осадков сточных вод показаны на рис.6.36.

Сушильный барабан диаметром 1-3,5 м и длиной 6-27 м устанавливают под утлом 3-40°. Барабан вращается со скоростью 1,5-8 об/мин. Для равномерного распределения осадка внутри барабана устанавливают насадки. Высушенный материал удаляют транспортером. Отходящие газы после очистки в циклоне и скруббере выбрасывают в атмосферу.

Влажность осадков до сушки 80 %, после  сушки 30-35 %. Производительность сушилок  по влаге от 0,3 до 15 т/ч. Удельный расход тепла 4600-5000 кДж на 1 кг испаряемой влаги.

В сушилках со встречными струями (рис.6.36), обезвоженный осадок транспортером  подают в приемную камеру; туда же возвращают часть высушенного осадка. Смесь  шнековыми питателями равномерно распределяют в разгонные трубы, куда с большой  скоростью (100-400 м/с) поступают горячие  газы, выходящие из сопел камер  сгорания. Осадок захватывается потоком  газа и выбрасывается в сушильную  камеру, В сушильной камере оба  потока сталкиваются, в результате происходит измельчение частиц осадка, увеличение суммарной поверхности  тепло - и массообмена, что обеспечивает интенсивную сушку осадка. Из сушильной камеры газовая взвесь попадает в сепаратор, где происходит досушка осадка и одновременно разделение газовой взвеси. Осадок удаляют в бункер готовой продукции, а газ очищают в скруббере.

Производительность сушилок по испаряемой влаге составляет 3-5 т/ч. Удельный расход тепла "3,8 ГДж на 1 кг испаряемой влаги. Влажность осадка, поступающего в сушильную камеру, 60-65 %, а высушенного осадка - 30-35 %.

Распылительные сушилки (см. рис.6.36, в) применяют для сушки очень  влажных осадков.

Предварительно высушенный активный ил концентрацией 50-80 г/л подают в  верхнюю часть сушилки, куда из топки  поступают газы при 350°С. Сушка осадка происходит с большой скоростью до влажности 8-10 %. Газы очищают в батарейном циклоне.

Высушенный ил по пневмопроводу через циклон поступает в бункер. Производительность сушилок от 2 до 15 т/ч по испаряемой влаге.

Сжигание. Сжигание осадков производят в тех случаях, когда их утилизация невозможна или нецелесообразна, а  также если отсутствуют условия для их складирования. При сжигании объем осадков уменьшается в 80-100 раз. Дымовые газы содержат С0₂, пары воды и другие компоненты. Перед сжиганием надо стремиться к уменьшению влажности осадка. Осадки сжигают в печах кипящего слоя, многоподовых, барабанных, циклонных и распылительных.

Печь кипящего слоя представляет собой  футерованный цилиндр с воздухораспределительной решеткой. На решетку насыпают слой песка толщиной 0,8-1 м (размер частиц 0,6-2,5 мм). Псевдоожиженный слой образуется при продувании газов через распределительную решетку. Подаваемый в печь осадок интенсивно перемешивается с раскаленным песком и сгорает. Процесс горения длится не более 1-2 мин.

Схема для сжигания ила в кипящем  слое показана на рис.6.37. Ил подают в  печь на слой песка, где он просушивается, истирается и сгорает при 590-780°С. Дымовые газы поступают в теплообменник, где охлаждаются воздухом, подаваемым воздуходувкой из теплообменника.

Нагретый воздух подают в печь для  создания псевдоожиженного слоя и поддержания горения. Дымовые газы после теплообменника поступают в циклон, где отделяются твердые частицы, а затем - в поверхностный абсорбер, орошаемый водой. Очищенные газы выбрасывают в атмосферу. Вода из абсорбера поступает в отстойник, где отделяется зола. Осадок ее в виде пульпы направляют на вакуум-фильтр. Фильтрат и воду из отстойника возвращают в абсорбер. Полученную золу используют как минеральное удобрение или для изготовления строительных материалов.

Рис. 6.37. Схема установки для сжигания ила в кипящем слое: / — печь; 2 — горелка; 3 — теплообменник; 4 - воздуходувка; 5 — циклон; 6 — абсорбер; 7 — дымосос; 8 — отстойник; 9 — насос; 10 — фильтр

Многоподовые печи представляют собой футерованный цилиндр диаметром 6-8 м. Топочное пространство печи делится на 7-9 горизонтальных подов. В центре печи имеется вертикальный вращающийся полый вал, на котором радиально укреплены гребковые устройства. Осадок подают в верхнюю камеру печи, и он движется вниз через отверстия, имеющиеся в каждом поде. В верхних камерах осадок подсушивается, а в средних сгорает.

Барабанные печи представляют собой  вращающийся наклонный барабан  с выносной топкой, где сжигают  жидкое или газообразное топливо. Обезвоженный осадок загружают с противоположного конца барабана и сжигают в  зоне горения.

Циклонные и распылительные печи применяют  для сжигания в распыленном состоянии  жидких или мелкодисперсных твердых  осадков.

Глава 2. 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.

На сегодняшний день на большинстве  станций очистки сточных вод  образуется огромное количество частично обезвоженного и недостаточно стабилизированного осадка. Обработка осадков сточных  вод должна проводиться в целях  максимального уменьшения их объемов  и подготовки к последующему размещению, использованию или утилизации при  обеспечении поддержания санитарного  состояния окружающей среды или  восстановления ее благоприятного состояния.

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 [2].

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 [3]. 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) [4] 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. Однако производительность фильтр-прессов оказалась существенно ниже номинальной и, как следствие, необезвоженный осадок постоянно накапливался. После серии поломок фильтр-прессов в 2005 году, количество накопленного необезвоженного осадка достигло 50 000 м3. После проведенных исследований было принято решение об установке двух декантерных центрифуг 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 %. Таким образом, новое оборудование обезвоживает осадок до меньшей влажности и, кроме того, является менее энергоемким [4].

Alfa Laval Aldec G2 (Йоркшир, Англия) Успешно решена проблема обработки и обезвоживания осадков в Швеции [5, 6]. Население Швеции составляет 8,8 млн. человек, причем 83 % жителей проживают в городах, остальные - в сельской местности. Более 1/3 городских жителей проживают в трех главных агломерациях - Стокгольме, Готенбурге и Мальмё. В Швеции функционирует около 2000 городских очистных сооружений, причем третичная очистка (механическая, биологическая, химическая) осуществляется на станциях очистки сточных вод для 95 % жителей, проживающих в городах с населением более 200 человек. 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. Незначительное применение имеют фильтр-прессы, а вакуум-фильтры практически не используют. Преимущественно при обезвоживании осадков для увеличения водоотдачи используют флокулянты. Сжигание осадков вместе с бытовыми отходами сейчас не практикуется, но в будущем рассматривается внедрение такого процесса для больших станций очистки сточных вод. 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 [7].

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 [7].

Для сохранения надлежащего санитарно-эпидемиологического  и экологического состояния крупных  городов необходимо незамедлительно  решить вопрос рекультивации иловых площадок в черте города. Реализация инженерных мероприятий по возврату выведенных из оборота земель в черте  города помимо экологического значения имеет высокую экономическую  и социальную значимость: осадок должен быть удален, переработан и безопасно  утилизирован, а освобожденная территория рекультивирована под жилищное строительство или другое рациональное использование [8]. Так в Москве использование методов механического обезвоживания и депонирование осадков позволило в кратчайшие сроки (за 5 лет) решить одну из крупнейших экологических и градостроительных задач - осуществление рекультивации бывших иловых площадок Курьяновской станции аэрации (Люблинские поля фильтрации) общей площадью около 800 га, на которых было накоплено 15 млн. м3 осадков. На возвращенных в оборот территориях был возведен современный жилой массив "Марьинский парк" с общей площадью жилья 3,5 млн. м2 [9].

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].