Очистка сточных вод связана с выделением осадков. Последнее решающим образом влияет на стоимость эксплуатации очистных станций и создает наибольшие трудности при решении вопроса об удалении, обработке и использовании осадков.
Очистка сточных вод связана с выделением осадков. Последнее решающим образом влияет на стоимость эксплуатации очистных станций и создает наибольшие трудности при решении вопроса об удалении, обработке и использовании осадков.
Грязевые примеси, задерживаемые очистными сооружениями, находятся в сточной воде в растворенном и в нерастворенном виде. Относительное количество тех и других примесей в сточной воде по данным проф. Строганова [6] почти одинаковое. Содержание же органических веществ в нерастворенных примесях почти в два раза больше, чем в растворенных (рис. 2, первый столбец).
Грубые примеси или отбросы, задерживаемые решетками. Состав отбросов, задерживаемых решетками, весьма непостоянен. В основном это крупные взвешенные и плавающие примеси преимущественно органического происхождения. Сюда входят кухонные отбросы (в виде остатков пищевых продуктов), волокнистые вещества, бумага, дерево и т. д.
Химический состав осадков существенно дополняет их характеристику в смысле определения ценности их и выяснения сложных процессов, происходящих в результате обработки осадков. Химический состав осадков имеет также большое значение для контроля за правильным режимом работы отдельных сооружений.
В осадках, как и в сточной -воде, можно найти все основные формы бактерий: цепочки, состоящие из шарообразных кокков, цилиндрические палочки (являющиеся преобладающей формой в сточной воде) и спирально изогнутые спириллы.
Определение количества осадков, выделяемых при различных способах очистки, требуется для расчета очистных сооружений и правильного выбора способов удаления, обработки и использования осадков.Точно определить ожидаемое количество осадков не представляется возможным, так как эти данные могут сильно отличаться в зависимости от состава и количества сточных вод, системы канализации, способа очистки сточных вод, конструкции и эксплуатации очистных сооружений.
На очистных станциях применяются разнообразные способы и устройства для удаления осадков, начиная с ручной лопаты и кончая сложными механизмами и автоматами.Применение тех или иных способов зависит от местных условий, способа очистки, конструкций и масштабов очистных сооружений.
Ручные грабли. Самым примитивным средством удаления отбросов непосредственно с решеток являются ручные грабли (рис. 6). Последние применяются только на малых установках, -где суточный расход воды не превышает 3—5 тыс. л 3.
Основными способами выделения жировых веществ из очистных сооружений являются: собирание всплывающих жировых примесей на поверхности отстойников и выделение жировых веществ в специальных жироловках. Чаще всего жировые примеси удаляются по открытым деревянным или бетонным лоткам, проложенным с уклоном к месту утилизации.
Механические средства. Удаление осадков из плоских отстойников осуществляется чаще всего при помощи скребков. Последние сгребают осадки в углубленную часть отстойника, откуда они обычно удаляются по иловой трубе под действием гидростатического давления воды. При этом работа отстойника не прекращается.
На очистных станциях местная транспортировка осадков по трубам и лоткам применяется обычно, когда приходится подавать осадки из одних очистных сооружений в другие, .например: из отстойников в метан-тэнки, из вторичных отстойников в аэро-тэнки, из очистных сооружений на иловые площадки, или из сооружений на иловую станцию, а также из иловых станций на очистные и другие сооружения.
На очистных станциях вагонетки и узкоколейную железную дорогу чаще всего используют при транспортировке осадков, подсушенных на иловых площадках, либо для удаления отбросов, задержанных решетками, или тяжелых примесей, задержанных песколовками.
Для перекачки осадков сточных вод как на территории очистных станций, так и за пределами их, в большинстве случаев применяются центробежные насосы. Последние должны удовлетворять следующему основному требованию: не засоряться волокнистыми и твердыми примесями, содержащимися в перекачиваемой массе.
Применение центробежных насосов для перекачки осадков ме всегда является целесообразным, особенно для малых очистных станций, вследствие трудностей, связанных с подбором агрегатов по производительности и напору, необходимости иметь резервуары для накопления осадков. Серьезной причиной служит также наличие грубых осадков, содержащих крупные и волокнистые примеси, от которых центробежный насос может заса-риваться.
Удаление осадков за п-ределы очистных станций можно осуществить с помощью шаланд, автотранспорта, вагонеток, перекачкой по напорным трубам.В этот перечень ,не включен способ удаления осадков гужевым транспортом (хотя в ряде случаев он имеет место) как наименее производительный, антисанитарный и дорогостоящий.
Для оценки различных способов удаления осадков за пределы очистных станций была предпринята специальная работа, освещающая этот вопрос с экономической стороны, выполненная для данной темы инженером-экономистом А. Коганом.
В Ленинграде трестом Ленканализация в 1939 г. был составлен проект, по которому предусматривалась перекачка сброженного осадка от всех пяти очистных станций на загородные сельскохозяйственные участки. Во всех случаях перекачка осадков с влажностью 95% осуществляется по трубам .диаметром 200 мм со скоростью 1 м/сек с помощью центробежных насосов марки 4-НФ.
Приведенные ниже данные и указания представляют вспомогательный материал для проектировщиков илопроводов и иловых насосных станций. С момента первого опубликования их в нашей книге «Удаление канализационных осадков по напорным трубам» 1 они подверглись корректировке, основанной на дополнительном изучении иловой проблемы в СССР. Однако и после этого нельзя рассматривать эти данные как исчерпывающие, учитывая еще недостаточный опыт эксплуатации подобных установок.
Расчет и проектирование илопроводов должны обеспечить наибольшую экономичность сооружений, бесперебойную работу сети по удалению осадков за пределы очистных станций или города и нормальные условия ее эксплуатации.
Основная задача эксплуатации должна заключаться в поддержании нормальной отводоспособности сети. Контрольные колодцы и блок-колодцы, устанавливаемые на сети на определенных расстояниях друг от друга, должны постоянно обеспечивать контроль за работой сети и прочистку ее в случае необходимости. Во избежание закупорок следует практиковать периодическую промывку илопроводов водой.
Обработка осадков сточных вод вызывает наибольшие затруднения при эксплуатации очистных станций.По существу все способы обработки сводятся главным образом к сбраживанию и к уменьшению водосодержания осадков, что создает благоприятные условия для дальнейшего использования отходов сточных вод.
Наиболее разжиженные осадки, содержащие 98—99% воды, требуют больших объемов сооружений для их последующей обработки. К таким осадкам относятся главным образом избыточный активный ил, выделяемый вторичными отстойниками после аэра-ционной очистки в количестве, достигающем 1 л/сутки на одного человека.
Расчетная скорость движения активного ила в илоуплотнителе (для лучшего осаждения) принимается V = 0,25 мм/сек.Расчет вертикальной трубы ведется на полный расход избыточного ¡активного ила (¿, поступающего из вторичных отстойников в илоуплотнитель, то есть из расчета 1 л/сутки на одного человека.
К сооружениям для сбраживания осадков относятся гнилостные резервуары (септики), двухъярусные отстойники и метантанки.Во всех сооружениях для сбраживания осадков по существу происходят одни и те же микробиальные процессы, но при различной внешней обстановке и разных сочетаниях групп бактерий (см. §2).
Искусственное перемешивание осадков в метан-тэнке интенсифицирует процесс сбраживания, улучшает газообразование и активно способствует устранению корки на поверхности ила.В настоящее время в метан-тэнке применяются следующие способы перемешивания: циркуляционное (с помощью иловых труб и насоса); гидроэлеватором; мешалкой.
Метан (СН4) —бесцветный и без запаха газ с атомным весом, равным 16. В воде он мало растворим; при определенных концентрациях с кислородом воздуха образует взрывоопасную смесь. Для такой смеси необходимо на один объем СН4 иметь не менее б и не более 14 объемов воздуха.
Естественная подсушка — -наиболее распространенный и сравнительно дешевый способ обезвоживания осадков, особенно на небольших очистных установках. К устройствам ее относятся: борозды и канавы; компостные насыпи; иловые пруды; иловые площадки.
Иловые пруды представляют собой естественные углубления или искусственно вырытые неглубокие котлованы, в которых подсушиваются осадки, поступившие из очистных сооружений. Процесс сушки осадков протекает за счет фильтрации воды в грунт и испарения.
Интенсивное использование осадков сточных вод требует подсушивания их до 5—10% влажности. С этой целью чаще всего осадки, обезвоженные до 75—80% влажности, направляют в специальные сушилки. Здесь под воздействием пара или горячих газов влажность осадков уменьшается до требуемых пределов.
Существующие одновальцевые сушилки представляют собой полый чугунный цилиндр диаметром от 700 до 1 250 мм, длиной соответственно 2 200—3 200 мм и поверхностью нагрева 4,84— 12,6 м2 (рис. 89).Осадки поступают на наружную поверхность цилиндра (вальца) 3 и с помощью прижимных валиков 4 распределяются по всей поверхности слоем в 1—2 мм. Пар 6 подводится к сушилке через цапфу внутрь цилиндра, а конденсат 7 выводится из полости вальцев с помощью черпаков или сифонной трубки.
Для сушки осадков наиболее применима барабанная сушилка прямого действия с параллельным током дымовых газов (рис. 91). Она представляет собой сварной цилиндр-барабан диаметэом 1—2,8 м, длиной 5—14 м, толщиной стенок от 8 до 14 мм.
В процессе эксплуатации термических цехов на очистных станциях возможны временные перебои, связанные с использованием сухих осадков, что в свою очередь приводит к затруднениям, связанным с хранением этих осадков.
Проектируя очистные сооружения, необходимо стремиться к наиболее полному использованию отходов сточных вод. В настоящее время имеются условия для того, чтобы добиться не только самоокупаемости очистных станций, но и превратить их в доходные предприятия, создающие новые ценности для народного хозяйства.
Самый старый и наиболее простой способ использования осадков сточных вод — применение их в качестве удобрения. Эффективность такого использования очевидна, так как осадки содержат все элементы питания растений.
Проведенные советской передовой агрономической наукой за последние годы опыты доказали полную возможность улучшить структуру песчаных и других неплодородных почв, заставить их в изобилии выращивать нужные стране сельскохозяйственные культуры. Один из способов превращения обычно пустующих неплодородных площадей в плодородные — использование органических маос в виде озеркого ила, торфа.
Активный ил отличается высоким содержанием азота. Количество общего азота, входящего главным образом в состав белковых веществ, достигает 4,4—9,0% по отношению к абсолютно сухому веществу.Рассматривая активный ил как ценное белковое сырье, пригодное для использования в народном хозяйстве, проф. С. Н. Строганов выдвинул идею использования ила (подсушенного на вальцевых сушилках до 10% влажности) в качестве корма для птиц и животных. Опыты показали, что такой ил может быть приравнен и применен подобно сухим кормовым дрожжам.
В бытовых сточных водах всегда содержится некоторое количество жировых веществ. Преобладающая часть их находится в осадках в виде тончайшей эмульсии, остальные в виде плавающей корки.По данным лаборатории Люберецких полей фильтрации, содержание жиров в осадках колеблется в пределах 20—14% от сухого вещества. В 1 м3 осадков влажностью 95% содержится, таким образом, от 10 до 7 кг жира. Построенная на Ленинградском мясокомбинате жироловка собирает до 80% всех жировых веществ (до 1% от общего расхода жировых сточных вод).
Изучение состава и свойств активного ила позволило С. Н. Строганову в 1939 г. выдвинуть идею использования бактерийного белка в качестве сырья для изготовления пластмассовых изделий. Это открывает большие возможности для интенсивного использования отбросов крупных очистных станций аэрации [23].
Низкотемпературная сухая перегонка относится к новым способам использования осадков сточных вод. Химико-технологический процесс обработки осадков этим способом впервые был предложен учеными нашей страны. Он открывает широкие возможности наиболее полного использования осадков на крупных очистных станциях.
Весьма желательным является использование газа метан-тэн-ков для получения механической и электрической энергии. Э го может привести к созданию собственной энергетической базы, частично, а иногда и полностью обеспечивающей эксплуатационные нужды очистной станции. Насколько это важно, показывает следующий факт: стоимость электроэнергии на станциях аэрации составляет 60—70% всех эксплуатационных расходов.
Газ из метан-тэнков может быть также использован путем подачи в городскую газовую сеть и снабжения населения газом в баллонах. В первом случае это дает существенную экономию в расходе твердого или жидкого топлива. Так, например, для города с числом жителей в 1 миллион, при расчете 10 л газа в сутки на одного человека, в год может быть получено 3 600 000 м3 газа. Это заменяет 3 000 т условного топлива, или 5 400 000 м3 сланцевого или коксового газа.
Перевод автотранспорта на газообразное топливо местного происхождения имеет важное народнохозяйственное значение.В качестве горючего для автотранспорта применяются различ ные газы, начиная от низкокалорийных, с теплотворной способностью 1 200—3 000 кал/м3 (газогенераторные), и кончая высококалорийными (природными) газами, с теплотворной способностью 7 000—8 000 кал/м3.
Основные виды химических продуктов в зависимости от способов обработки метана можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 107. Ограничимся краткими пояснениями различных способов обработки.Электротермическая обработка. При пропускании метана через вольтову дугу или ионизации газа с помощью тока высокого напряжения и большой частоты образуется ацетилен. 1 м3 чистого метана может дать 340 л ацетилена. Последний широко применяется в качестве «сходного сырья для получения уксусной кислоты, а также ценных негорючих растворителей (треххлорэтилен) и даже синтетического каучука (хлоро-прен, дюпрен).
Проблема перевода очистных станций на самоокупаемость впервые ставится в нашей стране и, естественно, требует еще большой и упорной работы в этом направлении. В пользу этого говорит составленный С. Н. Строгановым пример [2].