Обработка отбросов с решеток и осадка с песколовок

Введение

При обработке осадков необходимо решать две основные задачи:

• снижение способности осадков ферментации (стабилизация);
• сокращение объемов осадков (удаление воды).

1.  Обработка отбросов с решеток и осадка с песколовок

Осадки – это суспензии, в которых дисперсной фазой являются твердые частицы органического и минерального происхождения, а дисперсной средой – вода с растворенными в ней веществами.

При любом способе очистки сточных вод образуется осадок. Количество и состав осадка зависят от состава сточных вод, типа очистных сооружений и степени очистки сточных вод.

При обработке осадков необходимо решать две основные задачи:

• снижение способности осадков ферментации (стабилизация);
• сокращение объемов осадков (удаление воды).

Грубые осадки удаляются на решетках (ситах), а тяжелый – в песколовках.

Грубые осадки. В их состав входят крупные взвешенные и плавающие вещества. Количество отбросов на одного человека в год составляет 8 л при влажности 80%.

Тяжелые осадки. Они состоят из песка, кирпича, угля, битого стекла. Количество примесей на одного человека в сутки составляет 0,02 л или 7,2 л в год при влажности 60%.

Главная цель обработки осадка заключается в том, чтобы получить продукт, приемлемый для дальнейшего использования или утилизации с наименьшими затратами. Обработка часто включает этап стабилизации (снижение способности осадков к ферментации) с целью уменьшения выделения неприятных запахов, которые могут возникнуть на дальнейших этапах обработки осадка.

При стабилизации (в зависимости от выбранного метода) может также происходить некоторое уменьшение содержания патогенной микрофлоры. При жестких требованиях к содержанию патогенных микроорганизмов может использоваться дезинфекция осадков.

Количество осадка может быть уменьшено путем отделения его из воды при сгушении (уплотнении) или обезвоживании. Если требуется повысить содержание сухого вещества в осадке до значений больших, чем можно достичь методами механического обезвоживания, необходимо использование термических методов обработки. Применение частичной или полной термосушки осадка определяется требованиями последующего этапа его обработки или утилизации. Максимально возможное уменьшение объема осадка может быть получено при его сжигании, после которого остается только зола.

Осадок, образующийся на городских очистных сооружениях, может быть использован как органическое удобрение, для улучшения качества почвы или для ее известкования, для выращивания сельскохозяйственных культур или использование при производстве стройматериалов.

Снижения способности к ферментации можно добиться с помощью:

• анаэробного сбраживания (термофильного или мезофильного);
• аэробной стабилизации (термофильной с достаточной эффективностью, компостированием);
• химической стабилизации (конечным известкованием кека, если требуется продолжительная стабилизация);
• сушки (часто достаточно получить содержание сухих веществ 65-75%, но лучше, если это значение будет превышать 90 %);
• сжигания на последней стадии.

Сократить объем осадка можно за счет:

• более или менее эффективного уплотнения. Этот этап является почти обязательным, учитывая незначительную концентрацию осадков, получаемых на выходе из сооружений для обработки воды; но и после его проведения осадки все еще остаются жидкими;
• обезвоживания механического (фильтрация, центрифугирование). Прилагаемая энергия позволяет извлечь только так называемую свободную воду, а также незначительное количество воды, «связанной» с взвешенными частицами. Механическое обезвоживание осадка обычно требует предварительного кондиционирования, в основном с помощью реагентов для проведения коагуляции-флокуляции (минеральных реагентов или синтетических полимеров), а иногда и термического кондиционирования;
• обезвоживания термического (солнечная сушка, осушители на газовых или жидких теплоносителях). Задействованные энергии позволяют извлечь большую часть и даже почти все количество воды, связанной с частицами. Таким образом, можно добиться высокого содержания сухих веществ;
• более или менее полного сгорания органических веществ на конечной стадии (сжигание, пиролиз, совместное сжигание, жидкофазное окисление и т. д.).

Однако, если требуется провести глубокое удаление патогенных бактерий (обеззараживание), с этой задачей могут справиться некоторые классические стадии обработки (например, двухфазное анаэробное сбраживание, сушка).

1.1. Обработка отбросов с решеток

На небольших городских станциях очистки сточных вод снятые с решеток отбросы по мере их накопления вывозят на загородные свалки для компостной обработки совместно с городским мусором.

Компостирование – аэробный процесс стабилизации или дополнительной стабилизации частично обезвоженного осадка. В процессе компостирования происходит увеличение температуры и существенное снижение концентрации патогенной микрофлоры.

Назначение – стабилизация или дальнейшая стабилизация обезвоженного осадка для уменьшения количества сухого вещества; улучшение структуры осадка; разрушение токсичных веществ.

Компостирование может осуществляться в компостных ямах или реакторах. Ямы могут быть выполнены как с естественной, так и с искусственной аэрацией. Ямы могут регулярно пополняться или оставляться на длительное хранение. Желательно обеспечить защиту их от атмосферных осадков. Обычная продолжительность пребывания в компостных ямах – 2-6 месяцев, в зависимости от характера обслуживания и получения компоста требуемого качества.

Резервуар реактора, как правило, круглый в плане может быть открытым или закрытым. Операции загрузки осадка и добавок, перемешивания и выгрузки готового компоста полностью механизированы.

В ряде случаев санитарная биологическая обработка отбросов с решеток может осуществляться в камерах Беккари, где микроорганизмы перерабатывают органическую часть отбросов в течение 1—2 мес. Продукты распада отбросов из камер представляют собой лишенную запаха, черную, однородную компостированную массу, пригодную для использования в качестве органического удобрения.

Технология процесса обработки в камерах Беккари заключается в том, что в массу ранее прокомпостированного мусора или сброженного осадка вносят отбросы с решеток из расчета 15—20% по сухому веществу. Периодически (через 5—7 сут) массу перемешивают. Во время протекания процесса наблюдается чрезвычайно быстрый подъем температуры до 65— 80°С, под воздействием которой гибнут большая часть патогенных бактерий и гельминты. Одновременно в компостированных отбросах в результате сбраживания значительно уменьшается содержание органических веществ (на 30—40%), клетчатки (на 30—60%), альфа-целлюлозы (на 45—65%), гемицеллюлозы (на 10—50%).

В тех случаях, когда вывозка или обработка отбросов с решеток компостированием невозможна, их размельчают в дробилках, а затем сбрасывают в сточную воду или сжигают после предварительного отжатия на механических прессах.

Для сжигания осадков применяют многоподовые печи, и реакторы с кипящим  слоем.

Многоподовые печи. Корпус печи выполнен в виде стального цилиндра диаметром 1-7 м, внутрен. поверхность которого футерована огнеупорным материалом.  Печь имеет от 4 до 11 горизонтальных огнеупорных подов, расположенных один под другим. К вертикальному вращающемуся валу над каждым  подом прикреплены радиальные скребковые мешалки. Осадок подается через загрузочное устройство на верхний  под, перемешивается мешалками,  сдвигается ими к центральному отверстию пода и попадает на нижележащий под. Перемещение осадка по этому поду идет в противоположном направлении. На следующий под осадок попадает через кольцевое отверстие, расположенное по периферии  пода.

На верхних подах происходит сушка осадка, в результате которой  влажность его с 70—80% снижается до 40—50%. В средней зоне печи  при подаче избыточного  объема воздуха, а при необходимости и топлива происходит сгорание осадка. Воздух нагнетается воздуходувкой через вал, благодаря  чему последний предохраняется от перегрева. По рециркуляционному трубопроводу нагретый примерно до 200°С воздух возвращается в зону сгорания. Такая циркуляция воздуха исключает необходимость его подогрева. На нижних подах образовавшаяся при сгорании осадка зола  охлаждается и через выгрузочное отверстие выпускается в зольный бункер. Отработанный газ с температурой 370—425° С после очистки в мокрых скрубберах выбрасывается в атмосферу. Многоподовые печи надежны в эксплуатации и просты по конструкции. К числу их недостатков следует отнести высокую строительную стоимость и большие размеры. 

Установка для сжигания осадка в реакторе с кипящим слоем. Обезвоженный осадок шнековым питателем подается в кипящий слой инертного носителя — силикатного песка. Псевдоожиженный слой образуется при продувании через слой песка горячего воздуха. Сжигание ведется при небольшом избытке воздуха. При пуске установки и сжигании малокалорийных осадков в реактор подают газообразное топливо. В кипящем слое при температуре около 750° С .происходит интенсивное перемешивание осадка и песка. Частицы осадка измельчаются за счет соударения и взаимного трения с частицами инертного носителя. Происходит прогрев осадка, испарение влаги, сгорание горючих компонентов. В отличие от многоподовых печей в реакторе с кипящим слоем не предусмотрены устройства для удаления золы. Образовавшаяся зола, состоящая из пылевидных частиц, выносится из реактора потоком газов и улавливается в мокром скруббере. Реакторы с кипящим слоем находят все более широкое применение для сжигания различных осадков. Обеспечивая высокую эффективность  процесса, эти установки отличаются компактностью и простотой эксплуатации. Их достоинством является также возможность полной автоматизации процесса.

1.2. Обработка отбросов с решеток и осадка с песколовок

В сточных водах содержится значительное количество нерастворенных минеральных примесей (песка, шлака, боя стекла и др.). Эти примеси негативно влияю на работу сооружений, например, они накапливаются в метантенках, выводя из работы полезные объемы, предназначенные для сбраживания органических осадков. Производительность метантенков снижается, а выгрузка песка из них сопряжена с большими трудностями. Возможны затруднения в работе и последующих сооружений в случае попадания в них песка. Поэтому в составе очистных сооружений за решетками проектируются специальные сооружения, называемые песколовками. Они предназначены для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных примесей. Выделение песка в них происходит под действием силы тяжести.

Выгружаемый из песколовок осадок, содержащий значительное количество органики, является опасным с санитарной точки зрения и требует специальной обработки.

Для бытовых сточных вод количество песка составляет – 0,02л/чел.сут, влажность песка – 60%; объемный вес – 1,5 т/м3.

Откачка накопленного в бункерах песколовок осадка производится песковыми насосами, гидроэлеваторами, шнековыми подъемниками и реже эрлифтами. Откаченный садок (пескопульпа) имеет большую влажность – 98–99%, что вызывает необходимость его обезвоживания.

Для обезвоживания и подсушивания осадка на больших станциях очистки сточных вод предусматривают песковые площадки, представляющие собой карты с ограждающими валиками высотой 1–2м, оборудованные шахтными водосбросами для отвода отстоявшейся воды. Удаляемая вода направляется в начало сооружений. Размеры площадок принимаются из условия нагрузки на них не более 3 м3/(м2⋅год). Количество площадок – не менее двух.

 

Более рациональный метод обработки осадка из песколовок – отмывка, обезвоживание и подсушка песка с последующим использованием его в строительстве. Для этого можно использовать специальные песковые бункеры, приспособленные для последующей погрузки песка в автотранспорт.

Такие бункеры рассчитываются на 1,5–5 суточное хранение песка. Для повышения эффективности отмывки песка применяют напорные гидроциклоны диаметром 300мм. Дренажная вода из бункеров и площадок возвращается в канал перед песколовками.

Заключение

При эффективной очистке городских сточных вод образуется большое количество осадка. В странах, частично или полностью находящихся на территории водосбора Балтийского моря, ежегодно образуется около 3,5 млн тонн сухого вещества осадка, и это количество, как ожидается, к 2020 г. увеличится почти до 4 млн тонн. Управление осадком сточных вод является неотъемлемой частью работы любых современных очистных сооружений водоотведения: важно не терять содержащиеся в осадке биогенные элементы, использовать его в качестве материала и источника энергии и распоряжаться им эффективно.

Осадок сточных вод является продуктом очистки городских сточных вод. Тем не менее, на вопросы, связанные с обработкой осадка, часто обращают гораздо меньше внимания, чем на параметры очистки сточных вод, например, концентрации загрязняющих веществ на выходе или эффективность удаления различных соединений. Осадок представляет собой потенциальную угрозу для окружающей среды, так как вспенивающийся осадок может быть утерян в процессе очистки, а осадок сточных вод может даже намеренно сбрасываться в водотоки.

В практическом и техническом отношении существуют следующие проблемы обработки осадка:

• необходимость стабилизации, так как осадок не является инертным и может иметь неприятный запах;
• уменьшение влажности и объема осадка до минимума;
• использование энергетического потенциала осадка, если экономически целесообразно;
• сокращение количества вредных микроорганизмов в случае взаимодействия осадка с людьми, животными или растениями;
• извлечение фосфора для использования в сельском хозяйстве.