Количество осадков, выделяемых при очистке сточных вод на современных станциях аэрации, составляет от 0,5 до 1 % объема сточных вод. Осадок первичных отстойников имеет влажность 92— 95%, твердая его фаза содержит 60—75% органических веществ.
Количество осадков, выделяемых при очистке сточных вод на современных станциях аэрации, составляет от 0,5 до 1 % объема сточных вод. Осадок первичных отстойников имеет влажность 92— 95%, твердая его фаза содержит 60—75% органических веществ.
Химический состав осадков оказывает существенное влияние на их водоотдачу. Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щелочи и некоторые другие вещества, содержащиеся в производственных сточных водах, способствуют интенсификации процесса обезвоживания осадков и снижают расход химических реагентов на их коагуляцию перед обезвоживанием. Масла, жиры, азотистые соединения, волокнистые вещества, наоборот, являются неблагоприятными компонентами. Окружая частицы осадка, они нарушают процессы уплотнения и коагуляции, а также увеличивают содержание органических веществ в осадке, что сказывается на ухудшении его водоотдачи.
В химической технологии и других отраслях промышленности фильтруемость суспензий характеризуется удельным сопротивлением осадка. В данном случае под осадком подразумевается слой кека, отлагающегося на фильтре при фильтровании суспензий.
Для выбора метода обработки осадков наряду с удельным сопротивлением существенное значение имеет изучение механизма связи воды с твердыми частицами осадка.Известно несколько классификаций связи влаги с твердыми частицами суспензий.
Для правильной организации и расчета процессов термической обработки (дегельминтизации, термической сушки и сжигания) необходимо знание теплофизических характеристик осадка: теплопроводности X, температуропроводности а и удельной теплоемкости с, а также данных по теплоте сгорания осадков. Теплофизические характеристики исследовали методом двух температурно-временных точек на установке НИИХИММАШа, определения элементарного состава горячей массы и теплоты сгорания осадков проводили на лабораторных установках Всесоюзного теплотехнического института им. Ф. Э. Дзержинского с участием сотрудников этого института и Техэнергохимпрома (б. ОКБ ЭТХИМ).
Уплотнение — наиболее распространенный прием уменьшения объема избыточного активного ила.Для уплотнения активного ила применяются илоуплотнители вертикального и радиального типа.В последние годы разработаны модернизированные конструкции илоуплотнителей. Кроме того, предложены методы уплотнения с перемешиванием, прогреванием, добавкой химических реагентов, совместное уплотнение с осадком первичных отстойников и др.
Количество газа, получаемое при сбраживании осадков, зависит от химического состава последних. Поэтому при расчете метан-тенков следует учитывать химический состав осадков. Газы в основном образуются из углеводов, жиров и белков, которые составляют 80—85% общего количества органических веществ осадка. Наибольшее количество газов образуется вследствие распада жиров.
Промывка анаэробно сброженных осадков очищенной сточной жидкостью или технической водой производится с целью сокращения расхода химических реагентов на коагуляцию и для лучшего их уплотнения. Расход промывной воды на действующих очистных станциях колеблется от 1 до 5 м3/м3 осадка, а время уплотнения — от 5 до 20 ч. Смешение осадка с промывной водой производится в течение 5—10 мин в отдельном резервуаре при одновременной продувке воздухом. Для уплотнения промытого осадка применяются радиальные отстойники-уплотнители.
При подготовке осадков к обезвоживанию на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах в качестве химических реагентов для коагуляции применяют хлорное железо, сернокислое окисное железо, хлорированный железный купорос, хлоргидрат алюминия и другие реагенты в сочетании с известью. Применяемые дозы реагентов лежат в пределах 0,5—20% массы сухого вещества осадка и зависят от свойств осадков и типа реагентов.
Изменение положения критических точек влажности (см. рис. 6) при переходе части связанной влаги в свободную объясняет повышение водоотдачи осадков после их тепловой обработки или замораживания.Известно, что свободная вода, не содержащая примесей, а также структурная вода и вода смачивания закипают при температуре 100° С и замерзают при температуре 0°. Температуры кипения и замерзания капиллярной влаги зависят от толщины капилляров: чем тоньше капилляры, тем более низкая температура нужна для замораживания и более высокая для кипения и удаления находящейся в них связанной влаги. Замораживание и удаление из осадка физико-химически связанной влаги затруднено вследствие ориентации молекул воды относительно поверхности твердых частиц. По мере приближения к поверхности частиц ориентация молекул усиливается, что ведет к уменьшению межмолскулярных пространств и увеличению плотности воды, следовательно, к повышению температуры кипения воды и понижению температуры ее замерзания.
Фильтрующей средой на барабанных вакуум-фильтрах и фильтр-прессах являются фильтровальная ткань и слои осадка, налипающий на ткань в процессе фильтрования. В начале цикла фильтрование происходит через ткань, в порах которой частицы осадка задерживаются и создают добавочный фильтрующий слой. При продолжении фильтрования этот слой увеличивается и представляет собой главную часть фильтрующей среды, а назначение ткани сводится к поддержанию фильтрующего слоя.
Метол обезвоживании сброженной смеси осадка первичных отстойников и избыточного активного ила на барабанных вакуум-фильтрах впервые в Советском Союзе осуществлен п изучен па Курьяновской станции аэрации в Москве; впоследствии он был применен на Люберецкой и Щелковской станциях аэрации, а также на станциях аэрации городов Могилева, Днепропетровска, Череповца и др. Обезвоживанию предшествует промывка сброженного осадка очищенной сточной жидкостью с последующими уплотнением и коагуляцией химическими реагентами.
Изучению процесса обезвоживания осадков на фильтр-прессах в последние годы уделяется значительное внимание отечественных и зарубежных исследователей. За последние годы созданы новые конструкции фильтр-прессов, позволяющие автоматизировать технологический процесс, регенерировать фильтровальную ткань и увеличить производительность фильтров.
Для обезвоживания осадков сточных вод наибольшее применение получили непрерывные осадительные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка. Шнек и ротор вращаются с различной частотой, вследствие чего осажденная твердая фаза выгружается из ротора.
Исследования по центрифугированию осадков в кашей стране в разное время проводились А. В. Никитиным, 3. А. Орловским, С. И. Быковым. Этот метод не был внедрен в практику обработки осадков сточных вод из-за несовершенства конструкций выпускавшихся ранее центрифуг, высокого выноса взвешенных веществ с фугатом, большого расхода электроэнергии и низкой производительности.
Тарельчатые сепараторы имеют более высокий фактор разделения, чем шнековые центрифуги, и дают более чистый фугат. Однако лз-за забивки межтарелочного пространства частицами, размеры которых превышают 0,4 — 0,8 мм, тарельчатые сепараторы могут использоваться лишь для обработки некоторых видов осадков ггочных вод, например избыточного ила, или для обработки фугата после шнековых центрифуг.
Коннелл и Гарретт, проводившие исследования на ряде очистных станций США, обнаружили, что при нагревании до 52 — 56° С в течение 1—5 мин погибают многие патогенные микроорганизмы; при 62—71° С в течение 0,25—30 мин—вирусы, а при 60° С в течение 15 — 20 мин — бактерии группы СоШогт. Наиболее эффективное обезвреживание осадков достигается термической сушкой. Однако для станций аэрации производительностью до 30 — 40 тыс. м3/сут при транспортировке осадков на небольшие расстояния метод их дегельминтизации путем кратковременного прогревания в ряде случаев оказывается экономически выгоднее термической сушки осадков. Для дегельминтизации достаточно прогревать осадки до 60 — 70° С, при этом вследствие исключения процесса выпаривания влаги достигается значительная экономия топлива.
Термическая сушка осадков производится на сушильных установках, состоящих из сушильного аппарата (сушилки) и вспомогательного оборудования, к которому относятся топки, подогреватели-теплообменники, питатели, циклоны, скрубберы, дутьевые устройства, а также транспортеры и бункера.
Сжигание представляет собой процесс окисления органической части осадков при повышенной температуре до нетоксичных газов (двуокись углерода, водяные пары и азот) и выделения минеральной части в виде расплава или сухого порошка (золы). Осадки городских сточных вод целесообразно сжигать после их механического обезвоживания либо термической сушки в тех случаях, когда они не могут быть утилизированы в сельском хозяйстве в качестве органического удобрения.