Использование порошкообразных реагентов. На малых станциях и водоочистных установках целесообразно отказаться от использования жидкого хлора и применить твердые, порошкообразные вещества -- хлорную известь СаС120 и гипохлорит кальция Са(С10)2. Эти вещества менее опасны в обращении, процесс их подготовки и подачи значительно проще -- практически аналогичен применению коагулянта.

Товарный продукт СаС120 или Са(С10)2 растворяют в растворном баке с механическим перемешиванием. Количество баков не менее двух. Затем раствор разбавляют в расходном баке до концентрации 0,5--1 % и подают в воду дозаторами растворов и суспензий.

Учитывая коррозионную активность раствора, баки следует изготавливать из дерева, пластмассы или железобетона; из коррозионно-стойких материалов (полиэтилен или винипласт) должны быть также трубопроводы и арматура.

Хлорирование воды гипохлоритом натрия. На очистных станциях, где суточный расход хлора не превышает 50 кг/сут, а транспортировка, хранение и подготовка токсичного хлора связаны с трудностями, можно для хлорирования воды использовать гипохлорит натрия N3010. Данный реагент получают на месте применения, используя установки электролиза раствора поваренной соли (рис. 14.3).

В растворном баке приготавливается раствор №С1, близкий к насыщенному, -- 200--310 г/л. Для перемешивания применяют механические устройства, циркуляционные насосы или сжатый воздух.

Электролизеры могут быть проточного или непроточного типа, наиболее широко используют последние. Они представляют собой ванну с установленным там пакетом пластинчатых электродов. Электроды, как правило, графитовые, присоединенные к источнику постоянного тока.



Рис. 14.3. Схема установки для получения гипохлорита натрия электролизом:

· 1 -- растворный бак; 2 -- насос; 3 -- распределительный тройник;

· 4 -- рабочий бак; 5 -- поплавок-дозатор; 6 -- электролизер; 7 -- зонт вытяжной вентиляции; 8 -- бак-накопитель гипохлорита натрия; 9 -- источник постоянного тока

В результате реакции хлорноватистой кислоты с едким натром образуется гипохлорит:

N3014 + НС10 -> ЫаСЮ + Н20.

На станции необходимо иметь не менее трех электролизеров, которые устанавливают в сухом, отапливаемом помещении. В электролизной ванне должны быть трубопроводы для водяного охлаждения, над электролизером устанавливают зонт вытяжной вентиляции для удаления выделяющихся газов. Высотное расположение электролизера должно обеспечить поступление раствора №СЮ в бак-накопитель самотеком. Бак-накопитель размещают в вентилируемом помещении, дозировку раствора гипохлорита в воду производят эжектором, насосом-дозатором или другим устройством для подачи растворов и суспензий.

Смесители хлорной воды с обрабатываемой водой подразделяют на три типа: ершовые (при расходе сточных вод до 1400 м3/сут), лоток Паршаля (рис. 14.4) и в виде емкости с пневматическим или механическим перемешиванием.

Контактные резервуары предназначены для обеспечения расчетной продолжительности контакта очищенных сточных вод с хлором или гипохлоритом натрия. Они проектируются как первичные горизонтальные отстойники в количестве не менее двух, без скребков, на время пребывания сточных вод 30 мин.

Рис. 14.4. Смесители хлорной воды: а -- ершового типа; б -- типа лоток Паршаля

При этом учитывается и время протока сточных вод в выпуске. Разработано несколько типовых проектов контактных резервуаров, общий вид одного из них приведен на рис. 14.5. В контактных резервуарах предусматривается периодическое (примерно раз в 5--7 сут) удаление образующегося осадка и перекачка его в приемную камеру очистных сооружений.

Разрез 1-1

План

Рис. 14.5. Контактный резервуар для хлорирования сточных вод:

· 1 -- трубопровод технической воды; 2 -- трубопровод сжатого воздуха;

· 3 -- трубопровод опорожнения; 4, 5 -- лотки подвода и отведения сточной воды

· 14.1.2. Обеззараживание озонированием

Озон (03) -- аллотропная модификация кислорода, наиболее сильный из известных в настоящее время окислителей. Как и хлор, озон является высокотоксичным, ядовитым газом. Это нестойкое вещество саморазлагается, образуя кислород.

Обладая высоким окислительно-восстановительным потенциалом, озон проявляет высокую реакционную активность по отношению к различного рода примесям воды, включая биологически неразлагаемые соединения и микроорганизмы. При взаимодействии озона с примесями воды протекает процесс их окисления. Одно из его преимуществ перед другими окислителями с гигиенической точки зрения -- неспособность к реакциям замещения (в отличие от хлора). При озонировании в обрабатываемую воду не вносятся дополнительные примеси, а вероятность образования токсичных соединений значительно ниже, чем при хлорировании.

Бактерицидное действие озона объясняется его способностью нарушать обмен веществ в живой клетке за счет смещения равновесия восстановления сульфидных групп в неактивные дисуль-фидные формы. Озон очень эффективно обеззараживает споры, патогенные микроорганизмы и вирусы.

Интерес к применению озона для обработки сточных вод возник в связи с его потенциально меньшей опасностью для водоемов. Остаточный растворенный в воде озон полностью разлагается за

7-- 10 мин и в водоем не поступает. При обработке воды не образуются высокотоксичные галогенорганические соединения. Как правило, использование озона для обработки сточных вод имеет двойную цель -- обеспечить обеззараживание и улучшить качество очищенной воды; кроме того, разложившиеся, не вступившие в реакцию молекулы озона обогащают воду растворенным кислородом.

Приблизительная доза озона для обеззараживания городских сточных вод, прошедших полную биологическую очистку, --

8-- 14 г/м3. Необходимая продолжительность контакта около 15 мин. Если целью применения озонирования является не только обеззараживание, но и доочистка сточных вод, то возможно увеличение дозы озона и продолжительности контакта. Так, при озонировании биологически очищенных городских сточных вод с дозой озона около 20 г/м3 помимо полного обеззараживания происходит снижение ХПК воды на 40%, БПК5 на 60--70, ПАВ на 90, окраски воды на 60%, практически полностью пропадает запах. На реакции озона в воде влияет большое число факторов, и поэтому более точно его дозу определяют экспериментальным путем.

Получение озона. Озон быстро разлагается и не хранится, поэтому его получают на месте использования. Аппараты для получения озона называют генераторами озона, или озонаторами. В промышленных условиях озон получают пропусканием потока воздуха или кислорода между двумя электродами, к которым подводится переменный электрический ток высокого напряжения (5--25 кВ). Чтобы избежать образования электрической дуги, один, а иногда оба электрода покрывают слоем диэлектрика одинаковой толщины (диэлектрический барьер). В такой разрядной системе образуется тлеющий коронный (тихий) разряд.

Принципиальная технологическая схема озонирования сточных вод состоит из двух основных блоков -- получения озона и очистки сточных вод.

Блок получения озона (рис. 14.6) включает четыре ступени: забор и сжатие воздуха; охлаждение; осушка и фильтрование воздуха; генерация озона.

Рис. 14.6. Схема установки получения озона из воздуха:

· 1 -- компрессор; 2 -- ресивер; 3 -- охладитель воздуха; 4 -- осушительная установка; 5 -- генератор озона; 6 -- высоковольтный трансформатор;

· 7 -- электрический щит управления; 8 -- трубопровод озоно-воздушной смеси в контактную камеру; 9,10 -- подача и отведение охлаждающей воды

Атмосферный воздух забирается через воздухозаборную шахту, оснащенную грубым фильтром, и компрессорами подается в специальные охладители, а затем на автоматические установки для осушки воздуха на адсорбенте -- силикагеле. Осушенный воздух поступает в автоматические блоки фильтров, в которых осуществляется тонкая очистка воздуха от пыли. Из фильтров осушенный и очищенный воздух подается в генераторы озона.

В обрабатываемую сточную воду озон вводят различными способами: барботированием содержащего озон воздуха через слой воды (диспергирование воздуха происходит через фильтросы); смешиванием воды с озоно-воздушной смесью в эжекторах или в специальных импеллерных механических смесителях.

Выбор типа контактной камеры определяется расходами обрабатываемой воды и озоно-воздушной смеси, необходимым периодом контакта воды с озоном и скоростью химических реакций.

Контактные камеры. Основные типы контактных камер для обработки воды показаны на рис. 14.7.

Двухсекционная барботажная контактная камера (рис. 14.7, а) наиболее распространена и применяется как для обеззараживания

На рис. 14.7, 6 дан пример контактной камеры с инжекцией озоно-воздушной смеси сточной водой, подаваемой под давлением. Водогазовая эмульсия подается инжектором ко дну контактного аппарата, откуда поднимается вместе с обрабатываемой водой.



Рис. 14.7. Контактные камеры:

а -- двухсекционная барботажная; б -- камера, оборудованная инжектором;

в -- камера, оборудованная импеллером:

· 1 -- подача сточной воды; 2 -- подача озоно-воздушной смеси;

· 3 -- отведение обработанной воды; 4 -- выпуск отработанной озоно-воздушной

смеси; 5 -- инжектор; 6 -- импеллерное устройство

сточных вод, так и для их глубокой очистки. Озоно-воздушная смесь диспергируется в воде фильтросными элементами, которые изготавливаются в виде плоских пластин, труб или разных типов диффузоров, из пористых материалов на основе керамики, металлокерамики и пластмасс. Они обеспечивают получение пузырьков газа диаметром 1--4 мм. Барботажные контактные камеры могут быть одно- и многоступенчатыми.

Контактные камеры, оборудованные механическим смесителем -- импеллером (рис. 14.7, в), применяются, как правило, для небольших расходов воды. Озоно-воздушная смесь подается в зону всасывания импеллера, который дробит ее на мелкие пузырьки и смешивает с обрабатываемой водой. Водогазовая эмульсия проходит в верхнюю часть колонны и снова захватывается импеллером. Этим обеспечиваются многократная рециркуляция потока воды и равномерное распределение пузырьков газа по объему реактора.

Количество не использованного в процессе обработки воды озона может составлять 2--8%. С целью предотвращения выбросов в атмосферу не прореагировавшего в контактных аппаратах озона в системе выпуска отработанной озоно-воздушной смеси предусматривают установку деструкторов остаточного озона. Наибольшее распространение получили термические и термокаталитические деструкторы. Термический метод основан на способности озона быстро разлагаться при высоких температурах. В аппаратах термической деструкции озона обрабатываемый газ нагревают до температуры 340--350 °С и выдерживают в течение 3 сек. Термокаталитический метод деструкции основан на быстром разложении озона на кислород и атомарный кислород при температуре 60--120 °С в присутствии катализаторов.

Обеззараживание ультрафиолетовым облучением

Наиболее распространенный безреагентный метод обеззараживания сточных вод -- использование бактерицидного ультрафиолетового (УФ) излучения, воздействующего на различные микроорганизмы, включая бактерии, вирусы и грибы.

Обеззараживающий эффект УФ-излучения обусловлен необратимым повреждением молекул ДНК и РНК микроорганизмов, находящихся в сточной воде, за счет фотохимического воздействия лучистой энергии, которое предполагает разрыв или изменение химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии излучения.

Степень инактивации микроорганизмов УФ-излучением пропорциональна его интенсивности / (МВт/см2) и времени облучения Т(с). Произведение этих величин называется дозой облучения Д (мДж/см2) и является мерой бактерицидной энергии, сообщенной микроорганизмам.

При проектировании установок УФ-обеззараживания сточных вод доза облучения принимается не менее 30 мДж/см2.

Положительные санитарно-технологические аспекты применения УФ-излучения для обеззараживания сточных вод -- это непродолжительное время контакта, исключение образования токсичных и канцерогенных продуктов, а также отсутствие пролонгированного биоцидного эффекта, оказывающего отрицательное влияние на водоем -- приемник сточных вод. Отсутствует необходимость хранения опасных материалов и реагентов. Установки обеззараживания сточных вод ультрафиолетовым излучением легко автоматизируются и быстро запускаются в работу, они достаточно просты в обслуживании.

Данный метод обеззараживания наиболее применим на очистных сооружениях небольшой производительности (до 20 000 м3/сут). УФ-установки эффективны при обеззараживании сточных вод, прошедших качественную биологическую очистку или доочистку на крупнозернистых фильтрах, так как присутствие взвешенных веществ существенно снижает бактерицидный эффект.

В качестве источников УФ-излучения применяют специальные ртутно-кварцевые и ртутно-аргоновые лампы со специальным стеклом, которое благодаря отсутствию в нем оксидов Бе203, Сг203, У203 и сульфидов тяжелых металлов, поглощающих УФ-лучи, обладает повышенной прозрачностью в области УФ-спектра. Лампы низкого давления имеют потребляемую мощность 2--200 Вт и рабочую температуру 40-- 150 °С, лампы высокого давления -- мощность в пределах 50--10 000 Вт при рабочей температуре 600-800 °С.

Для обеззараживания сточных вод применяют установки напорного и безнапорного типа, которые, в свою очередь, бывают с погруженными в воду источниками излучения (лампами) и непогруженными.

В нашей стране выпускаются напорные установки серии УДВ (НПО «ЛИТ») заводского изготовления для обеззараживания воды производительностью ОТ 6 ДО 1000 М3/ч и дозой облучения 45 мДж/см2. В установках используются бактерицидные лампы низкого давления типа ДБ-75-2 со сроком службы 12 000 ч (1,5 года). На рис. 14.8 представлена установка УДВ-6/6 производительностью 6 м3/ч. Также выпускается оборудование для установок большей производительности безнапорного типа.

Рис. 14.8. Установка обеззараживания воды УФ-излучением УДВ-6/6:

· 1 -- модули УФ-памп; 2 -- блок питания ламп; 3 -- пульт управления установкой;

· 4 -- штуцер отведения обработанной воды; 5 -- штуцер подачи сточной воды;

· 6 -- штуцера подключения установки для промывки ламп кислотой;

· 7 -- иллюминатор со светофильтром

6.2 Насыщение очищенной сточной воды кислородом перед выпуском в водоем

Очищенные сточные воды практически не содержат растворенного кислорода. Это ухудшает состояние водоема, куда они выпускаются, и замедляет процессы их последующего биологического самоочищения. Для насыщения очищенных сточных вод кислородом перед выпуском их в водоем предусматривают специальные устройства: при наличии свободного перепада уровней между площадкой очистных сооружений и горизонтом воды в водном объекте -- многоступенчатые водосливы-аэраторы, быстротоки и др., в остальных случаях проектируют барботажные емкостные сооружения.

Для северных городов России при крутом рельефе на выпуске очищенных сточных вод в водоем рекомендуются каскадные аэрационные перепады с фильтрующей загрузкой. Каскадный аэрационный перепад представляет собой систему водосливов-аэраторов, в которой после каждого водослива расположены водоворотная зона и зона фильтрации. В фильтрующей загрузке образуется биологическая пленка, на которой происходят сорбция органических загрязнений и их окисление.

Очищенные сточные воды при искусственной очистке отводят по каналу к месту спуска их в водоем. Отводной канал обычно заканчивается береговым колодцем, из которого очищенные сточные воды через выпуск сбрасываются в водоем. Чем благоприятнее условия для перемешивания выпускаемых сточных вод с водами водоема, чем лучше используется самоочищающая способность водоема, тем более загрязненные сточные воды могут быть сброшены в него.

Выпуски сточных вод классифицируются по типу водоема (речные, озерные и морские), по месту расположения (береговые, русловые и глубинные) и по конструкции (сосредоточенные и рассеивающие).

Береговые сосредоточенные выпуски проектируются в виде открытых каналов, быстротоков, консольных сбросов, оголовков. При этом происходит весьма незначительное разбавление сбрасываемых сточных вод с водой водоема, поэтому использование самоочищающей способности водоемов очень низко. Такие выпуски применяют для сброса дождевых или малозагрязненных сточных вод. Чаще устраивают русловые рассеивающие выпуски (рис. 14.9), обеспечивающие наилучшее смешение сточных вод с речной водой. Глубинные выпуски применяют при сбросе сточных вод в озера, водохранилища, моря.

Рассеивающий

фильтрующий

выпуск

Рис. 14.9. Рассеивающий русловой выпуск сточных вод в реку: а -- общая схема; б -- виды рассеивающих оголовков:



· 1 -- распределительный трубопровод; 2 -- конусный рассекатель;

· 3 -- насадка-конфузор; 4 -- эжектор



7. ОБРАБОТКА ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

7.1 Состав и свойства осадков сточных вод

В процессах механической, биологической и физико-химической очистки сточных вод на очистных сооружениях образуются различного вида осадки, содержащие органические и минеральные компоненты.

В зависимости от условий формирования и особенностей отделения различают осадки первичные и вторичные.

К первичным осадкам относятся грубодисперсные примеси, которые находятся в твердой фазе и выделены из воды такими методами механической очистки, как процеживание, седиментация, фильтрация, осаждение в центробежном поле. Ко вторичным осадкам относятся примеси, первоначально находящиеся в воде в виде коллоидов, молекул и ионов, но в процессах биологической или физико-химической очистки воды или обработки первичных осадков образующие твердую фазу.

Осадки первичные. Осадок сырой -- задерживается первичными отстойниками. В бытовых сточных водах эти осадки представляют собой студенистую, вязкую суспензию с кисловатым запахом. Органические вещества в них составляют 75--80% и быстро загнивают, издавая неприятный запах. Влажность осадка при самотечном удалении после 2-часового отстаивания принимается 95%, а при удалении из отстойника плунжерными насосами -- 93--94%. Механический состав осадков из первичных отстойников отличается большой неоднородностью. Величина отдельных частиц колеблется от 10 мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности.

Осадки вторичные. Активный ил, задерживаемый вторичными отстойниками после аэротенков, представляет биоценоз микроорганизмов и простейших, обладает свойством флокуляции. Структура активного ила представляет хлопьевидную массу бурого цвета. В свежем виде активный ил почти не имеет запаха или пахнет землей, но, загнивая, издает специфический гнилостный запах. По механическому составу активный ил относится к тонким суспензиям, состоящим на 98% по массе из частиц размером меньше 1 мм. Активный ил аэротенков отличается высокой влажностью -- 99,2--99,7%. Биопленка, отделяемая во вторичных отстойниках после биофильтров, менее обводнена; ее влажность в среднем 96%.

К вторичным осадкам также относятся осадки, сброженные в анаэробных условиях, и осадки из аэробных стабилизаторов.

Бактериальная заселенность осадков. В осадках, как и в сточной воде, можно найти многие формы бактерий. Бактериальная заселенность осадков на порядок выше, чем сточных вод. Осадки бытовых стоков содержат большое количество яиц гельминтов.

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

Свойства суспензии во многом зависят от содержания в ней воды, которое определяется понятием «влажность осадка»

7.2 Стабилизация осадков сточных вод и активного ила в анаэробных и аэробных условиях

Стабилизация первичных и вторичных осадков достигается путем разложения органической части до простых соединений или продуктов, имеющих длительный период ассимиляции окружающей средой. Эффект стабилизации осадка может быть получен разными методами -- биологическими, химическими, физическими, а также их комбинацией. Целесообразность применения того или иного метода стабилизации определяется рядом условий, главными из которых являются вид осадков, их количество, возможность и условия дальнейшего использования, наличие территории для их размещения.

Наибольшее распространение получили методы биологической анаэробной и аэробной стабилизации.

Эффективность процесса анаэробного сбраживания оценивается по степени распада органического вещества, количеству и составу образующегося биогаза, которые, в свою очередь, определяются химическим составом осадка, а также такими основными технологическими параметрами процесса, как доза загрузки ме-тантенка, температура, влажность загружаемого осадка. Кроме того, существенную роль играют такие факторы, как режим загрузки и выгрузки осадка, система его перемешивания и др.

В органическом веществе основную часть (до 80%) составляют жиры, белки и углеводы. Именно за счет их распада образуется все количество выделяющегося биогаза, в том числе 60--65% -- за счет распада жиров, остальные 40--35% приходятся примерно поровну на долю углеводов и белков. Отсюда следует, что при сбраживании осадков первичных отстойников, содержащих больше жиров, образуется больше газа, чем при сбраживании активного ила, в котором больше белков. Даже при очень длительной продолжительности пребывания осадка в метантенке указанные компоненты органического вещества распадаются не полностью. Имеется максимальный предел сбраживания и, следовательно, максимальный выход газа с единицы распавшегося вещества, которые существенно различны у жиров, белков и углеводов. Различен и состав выделяющегося газа.

Пределы распада не зависят от температуры, но скорость распада каждого компонента с повышением температуры возрастает.

Диапазон температур, при котором возможно образование метана в анаэробных микробных процессах, довольно широк. В природе метан образуется при температурах от 0 до 97 °С. Различают три основные температурные зоны жизнедеятельности микроорганизмов: психрофильная -- до 20 °С; мезофыльная -- от 20 до 45 °С; термофильная -- от 45 до 70 °С.

Наибольшее практическое применение в обогреваемых метан-тенках нашли два температурных режима: мезофильный 32--35 °С и термофильный 52--55 °С. В необогреваемых сооружениях (септиках, двухъярусных отстойниках) анаэробное брожение происходит в психрофильной зоне при температурах, определяемых климатическими условиями.

Термофильный режим сбраживания имеет преимущества перед мезофильным, так как позволяет уменьшить объемы сооружений; кроме того, обеспечивает глубокое обеззараживание осадков не только от патогенной микрофлоры, но и от гельминтов. Однако недостатком термофильного сбраживания является низкая водоотдающая способность сброженного осадка. В свою очередь, мезофильный режим сбраживания не обеспечивает обеззараживания осадка, требует больших объемов метантенков, но позволяет получить сброженный осадок, лучше поддающийся последующему обезвоживанию.

На процесс брожения оказывают ингибирующее действие некоторые органические и неорганические вещества, которые могут содержаться в осадках в значительных концентрациях. К ним в первую очередь относятся тяжелые металлы, сульфиды, синтетические поверхностно-активные вещества, хлорированные углеводороды.

Сооружения для стабилизации осадка в анаэробных условиях

При небольшом количестве осадков применяют септики и двухъярусные отстойники, которые являются комбинированными сооружениями; в них происходят осветление сточной воды и сбраживание (перегнивание) выпавшего осадка. Биологический процесс разложения органической массы в этих сооружениях происходит экстенсивно под влиянием внешних условий. Интенсивный процесс минерализации требует создания специальных условий, оптимально обеспечивающих все его фазы. Для его осуществления применяют метантенки и аэробные минерализаторы.

Метантенки представляют собой герметичные вертикальные резервуары с коническим или плоским днищем, выполненные из железобетона или стали.

В настоящее время разработаны типовые проекты метантенков полезным объемом 500--4000 м3 и диаметром Ю--20 м. Для крупных очистных станций разработаны индивидуальные проекты метантенков с полезным объемом 6000--9000 м3.

Схема метантенка представлена на рис. 15.1. Уровень осадка поддерживается в узкой горловине метантенка, что позволяет повысить интенсивность газовыделения на единицу поверхности бродящей массы и предотвратить образование плотной корки.

При разработке конструкций метантенков значительное внимание уделяется теплоизоляции резервуаров и обеспечению газонепроницаемости купола.

За рубежом внимание разработчиков было направлено на поиск такой формы резервуара, которая обеспечила бы максимальный рабочий объем при минимальной поверхности, чтобы сократить материалоемкость и теплопотери при строительстве и эксплуатации метантенков. В результате появился ряд конструкций (рис. 15.2), построенных и эксплуатируемых на различных очистных сооружениях. Корпуса метантенков выполнены из железобетона с предварительно напряженной арматурой. В качестве утеплителей могут быть использованы пенополиуретан, минеральная вата, стекловолокно. Для сокращения затрат на теплоизоляцию стенок метантенка применяют обваловку резервуара грунтом либо используют дополнительные ограждающие конструкции, создающие воздушную прослойку между несущей и утепляющей стенками метантенка.

Теплоизоляция купола метантенков выполняется из различных теплоизолирующих материалов. Например, на Ново-Курьяновской станции аэрации газо- и теплоизоляция железобетонного перекрытия метантенков выполнена из 4--5 слоев перхлорвини-ловой массы, уложенной по всей его поверхности и покрытой цементной стяжкой.



Рис. 15.1. Схема метантенка Ново-Курьяновской станции аэрации:

· 1 -- битумная обмазка; 2 -- клинкерная кладка; 3 -- теплоизоляция;

· 4 -- контрольный люк; 5 -- газосборная горловина; 6 -- труба для отвода газа;

· 7 -- механический смеситель; 8 --переливная труба; 9 -- выпуск осадка с разных уровней; 10 -- направляющая труба для циркуляции иловой смеси;

· 11 -- трубопровод для подачи пара на обогрев; 12 -- труба выпуска сброженного осадка; 13 -- труба подачи осадка; 14 -- труба для опорожнения метантенка

Далее уложен слой шлака толщиной 500 мм, прикрытый цементной стяжкой, а затем -- трехслойная рулонная кровля.

Основными конструктивными элементами метантенков, выполняющими определенные технологические функции, являются: система подачи осадков на сбраживание и выгрузки стабилизированного осадка; система подогрева; система перемешивания бродящей массы; система сбора и отвода выделяющегося газа.

Система подачи и выгрузки осадков. В различных конструкциях метантенков подача осадка на сбраживание может осуществляться либо через общую для всех метантенков загрузочную камеру, либо насосом непосредственно в каждый метантенк. Осадок подают в

Рис. 15.2. Конструкции метантенков:

· 1 -3 -- с неподвижным незатопленным перекрытием; 4-е неподвижным затопленным перекрытием; 5-6 -- с подвижным [плавающим] перекрытием;

· 7 -- открытый

верхнюю зону метантенка, а выгружают из самой нижней точки днища. Максимальное удаление друг от друга трубопроводов подачи и выгрузки предотвращает попадание несброженного осадка в выгружаемую массу. Кроме того, при постоянной выгрузке сброженной массы из нижней части удается замедлить процесс накопления песка, который вместе с осадком из первичных отстойников попадает в метантенк.

Система подогрева осадков. В отечественной практике подогрев осадка наиболее часто осуществляют острым паром. Пар низкого давления с температурой 110--112 °С подается во всасывающую трубу насоса при подаче и перемешивании осадка или непосредственно в метантенк через паровой инжектор. Инжекторы устанавливаются в каждом метантенке. Забирая в качестве рабочей жидкости осадок из метантенка и подавая смесь его с паром снова в метантенк, паровой инжектор обеспечивает и подогрев осадка, и частичное перемешивание бродящей массы.

Система перемешивания бродящей массы. Перемешивание бродящей массы обеспечивает ее однородность во всем объеме метантенка.

С помощью циркуляционных насосов осуществляется циркуляция бродящей массы со дна в верхнюю часть метантенка. Наличие в конструкции метантенка конусного днища предотвращает образование мертвых зон. Перемешивание ведется до тех пор, пока не произойдет полный обмен бродящей массы.

В некоторых конструкциях отечественных метантенков для перемешивания используются пропеллерные мешалки, устанавливаемые под уровнем осадка, в трубе, расположенной в центральной части метантенка.

Использование принципа газолифта для перемешивания осадка предполагает забор осадка из-под купола метантенка или из газгольдера и введение его через вертикальные трубки в метантенк. Увеличение глубины подачи газа при одинаковом его расходе повышает эффективность перемешивания.

Система сбора и отвода газа. Для сбора газа на горловине метантенка устанавливают газовые колпаки, от которых прокладывается специальная газовая сеть из стальных труб с усиленной противокоррозионной изоляцией.

В процессе сбраживания осадков выделение газа происходит неравномерно. Для поддержания постоянного давления в газовой сети на тупиковых концах ее устанавливают аккумулирующие газгольдеры. Мокрый газгольдер состоит из резервуара, заполненного водой, и колокола, перемещающегося на роликах по вертикальным направляющим. Вес колокола уравновешивается противодавлением газа. Благодаря этому при изменении объема газа под колоколом давление в газгольдере и газовой сети остается постоянным. Образующийся в метантенках газ используют как топливо. При невозможности сбора газа предусматривают его сжигание, используя специальное устройство -- газовую свечу.

7.3 Аэробные стабилизаторы

Аэробная стабилизация осадков сточных вод -- процесс окисления эндогенных и экзогенных органических субстратов в аэробных условиях. В отличие от анаэробного сбраживания аэробная стабилизация протекает в одну стадию.

Аэробной стабилизации может подвергаться неуплотненный и уплотненный избыточный активный ил и его смесь с осадком первичных отстойников. При стабилизации только активного ила процесс можно рассматривать как завершающую ступень очистки сточных вод, когда при минимуме растворенных питательных веществ происходит самоокисление клеточного вещества микроорганизмов.

Степень распада органического вещества и продолжительность процесса зависят от соотношения количеств сырого осадка и активного ила, концентрации органических веществ, интенсивности аэрации, температуры и пр. Процесс аэробной стабилизации обычно происходит в психрофильно-мезофильной зоне жизнедеятельности микроорганизмов при температуре от 10 до 42 °С и затухает при температуре менее 8 °С. Степень распада органических веществ изменяется в среднем от 10 до 50 %, при этом жиры распадаются на 65--75%, белки -- на 20--30%, а углеводы практически не распадаются. В процессе аэробной стабилизации при мезофильных температурах наблюдается на 70--90% снижение содержания кишечной палочки и других патогенных бактерий и вирусов, однако при этом яйца гельминтов не погибают.

Продолжительность процесса от 2 до 5 сут для неуплотненного ила, 6--7 сут для смеси неуплотненного ила и осадка из первичных отстойников, до 8--12 сут для смеси уплотненного ила и осадка. Удельный расход воздуха составляет 1--2 м3/ч на 1 м3 объема стабилизатора при интенсивности аэрации не менее 6 м3/(м2 * ч).

Аэробная стабилизация осадков проводится обычно в сооружениях типа аэротенков глубиной 3--5 м. Использование других емкостей, построенных на станциях аэрации, например переоборудованных отстойников, уплотнителей и неиспользуемых метан-тенков, может привести к ухудшению эффективности процесса и увеличению расхода электроэнергии.

Отстаивание и уплотнение аэробно стабилизированного осадка следует проводить в течение 1,5--5 ч в отдельно стоящих ило-уплотнителях или в специально выделенной зоне внутри стабилизатора. Влажность уплотненного осадка 96,5--98,5%. Отделенная иловая вода должна направляться в аэротенки.

Процесс аэробной стабилизации может осуществляться по нескольким схемам (рис. 15.3).

Простейшей является схема «а», применяемая на очистных сооружениях при отсутствии первичных отстойников. Возможна совместная стабилизация осадка из первичных отстойников с уплотненным активным илом (схема «5»).

Перспективной является схема «в» анаэробно-аэробной обработки смеси осадка и ила. Анаэробный реактор работает как обычный одноступенчатый метантенк, в котором при увеличении продолжительности сбраживания достигается глубокая стабилизация



Рис. 15.3. Схемы аэробной стабилизации осадка:

· 1 -- подача сточной воды; 2 -- решетка и песколовка; 3 -- первичный отстойник;

· 4 -- аэротенк; 5 -- вторичный отстойник; 6 -- очищенные сточные воды;

· 7 -- избыточный активный ил; 8 -- уплотнитель; 9 -- иловая вода;

· 10 -- стабилизатор; 11 -- осадок из первичного отстойника;

· 12 -- стабилизированный осадок; 13 -- метантенк органического вещества с высоким выходом газа. Мезофильное сбраживание в течение 6 сут с последующей аэробной стабилизацией в течение 3--4 сут позволяет значительно улучшить водоотдающие свойства осадка. При сочетании термофильного сбраживания с аэробной минерализацией достигаются обеззараживание осадка и хорошие показатели влагоотдачи.

Аэробная стабилизация осадков обеспечивает получение биологически стабильных продуктов, хорошие показатели влагоотдачи, простоту эксплуатации и низкие строительные стоимости сооружений. Однако значительные энергетические затраты на аэрацию ограничивают целесообразность использования этого процесса на очистных сооружениях производительностью более 50--100 тыс. м3/сут. Аэробно стабилизированные осадки могут содержать возбудителей инфекционных заболеваний и требуют обеззараживания.



7.4 Обезвоживание осадков сточных вод

Обезвоживание осадков на иловых площадках

Иловые площадки являются старейшими сооружениями обработки осадка сточных вод. Они предназначены для естественного обезвоживания осадков, образующихся на станциях биологической очистки сточной воды. В настоящее время, в эпоху интенсивного внедрения сооружений механического обезвоживания осадка, иловые площадки сохраняют свое значение. Привлекательность этих сооружений объясняется простотой конструкций и легкостью эксплуатации.

По степени использования природных процессов площадки можно разделить на две основные категории: иловые площадки естественного обезвоживания и сушки и площадки интенсивного обезвоживания и сушки.

К первой категории относятся площадки, в которых используются природные процессы испарения и декантации без существенного изменения по сравнению с теми же процессами, происходящими в естественной среде. Как правило, это площадки на естественном основании с поверхностным отводом воды и площадки-уплотнители.

Ко второй категории относятся площадки, в которых определенные факторы природного цикла видоизменены и интенсифицированы. Это площадки с искусственным основанием и дренажем, подогревом, созданием вакуума в дренажной системе, искусственным водонепроницаемым покрытием.

Применение того или иного вида площадок зависит от местных условий: специфики климата, наличия дополнительных источников энергии, свободных площадей.

Площадки естественного обезвоживания и сушки. На площадках естественного природного цикла осадок обезвоживается в процессе уплотнения и последующего отвода иловой воды, а также подсыхания.

Иловые площадки состоят из карт, окруженных со всех сторон валиками (рис. 15.4). Размеры карт и число выпусков определяют исходя из влажности осадка, дальности его разлива и способа уборки после подсыхания.

Иловые площадки на естественном основании проектируются на хорошо фильтрующих грунтах при залегании грунтовых вод на глубине не менее 1,5 м от поверхности карт и только тогда, когда допускается фильтрация иловой воды в грунт.

Рис. 15.4. Иловые площадки на естественном основании с дренажем:

· 1 -- кювет оградительной канавы; 2 -- дорога; 3 -- сливной лоток;

· 4 -- щит под сливным лотком; 5 -- разводящий лоток; 6 -- дренажный колодец;

· 7 -- сборная дренажная труба; 8 -- дренажный слой; 9 -- дренажные трубы;

· 10 -- съезд на карту; 11 -- дренажная канава; 12 -- шиберы; К1 -- К5 -- колодцы



Если глубина залегания грунтовых вод меньше 1,5 м, то необходимо понижение их уровня.

Дальность разлива осадка с влажностью около 97% может составлять 75--100 м. Узкие площадки предпочтительнее при планировке на территории, имеющей хорошо выраженный уклон.

Подсушенный осадок сгребается бульдозерами или скреперами, нагружается в автомашины и отвозится. Влажность подсушенного осадка 75%.

Для съезда на карты автотранспорта и средств механизации на иловых площадках устраиваются дороги с пандусами.

При плотных и водонепроницаемых грунтах устраиваются иловые площадки на естественном основании с трубчатым дренажем, укладываемом в дренажные канавы. Искусственное дренирующее основание иловых площадок должно составлять не менее 10% их площади.

Иловые площадки каскадного типа на естественном основании с поверхностным отводом воды через колодцы-монахи, установленные в торцах карт, являются иловыми площадками переходного типа (рис. 15.5). стенки колодцев-монахов со стороны карт представляют собой дренажные стенки из двойной арматурной сетки с гравийной загрузкой крупностью 15--20 мм. После заполнения карт иловой площадки осадком и слива отделившейся иловой воды дальнейшее обезвоживание осадка осуществляется путем испарения с поверхности оставшейся влаги.

Усовершенствованным вариантом площадок каскадного типа являются площадки-уплотнители. Иловые площадки-уплотнители представляют собой прямоугольные железобетонные резервуары (карты) с отверстиями, расположенными в продольной стенке на разных глубинах и перекрытыми шиберами. Для выпуска иловой воды, выделяющейся при отстаивании осадка, по высоте продольных стен карт-резервуаров устраивают отверстия, перекрываемые шиберами. Иловую воду направляют для очистки в голову сооружений по аналогии с иловыми площадками с отстаиванием и поверхностным удалением воды.

Недостатком площадок естественного природного цикла является их полная зависимость от климатических факторов.

Рис. 15.5. Иловые площадки на естественном основании без дренажа с поверхностным отводом иловой воды:

· 1 -- распределительный трубопровод; 2 -- сливной лоток; 3 -- колодец-монах;

· 4 -- трубопровод иловой воды тему может осуществляться фильтрующими панелями со специальными отверстиями или дренажными трубами.

Иловые площадки интенсивного обезвоживания и сушки можно подразделить на традиционные и усовершенствованные. К первой категории относятся иловые площадки с искусственным дренажем, ко второй -- площадки с созданием вакуума в дренажной системе, искусственным водонепроницаемым покрытием, с продувкой воздухом и нагревом.

Иловые площадки с искусственным дренажем проектируются с целью получения чистого фильтрата и повышения скорости обезвоживания. Фильтрование через горизонтальную дренажную сис-

Для интенсификации процесса сушки осадка предлагается продувка его воздухом непосредственно на площадке.

За рубежом иловые площадки часто защищают от атмосферных осадков прозрачным покрытием. Такое покрытие может существенно улучшить работу площадок, особенно в условиях холодного и влажного климата. Опыт показал, что в некоторых случаях устройство покрытия позволяет на 33% снизить площадь, необходимую для сушки осадков.

В нашей стране закрытые площадки, остекленные по типу оранжерей, рекомендуется применять в курортных районах для экономии площадей и снижения интенсивности запахов.

Асфальтированные иловые площадки с центральным дренажем и подогревом применяются в США. Тепловая энергия, получаемая при сжигании биогаза очистных сооружений, используется для нагрева воды, которая циркулирует в трубах, расположенных в заасфальтированной части площадок. Иловые площадки подогреваются, но не закрыты. Для кондиционирования осадков применяются полиэлектролиты. Время подсушки осадка в среднем составляет 5 сут и увеличивается до 12 сут в период дождей.

Механическое обезвоживание осадков

Для очистных станций средней и большой пропускной способности обезвоживание осадков на иловых площадках часто оказывается невозможным из-за отсутствия свободных земельных площадей для их устройства. В городах с развитой инфраструктурой использование процессов естественной сушки осадков нерационально как с экономической, так и с экологической точки зрения. В настоящее время механическое обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах является оптимальным методом их переработки.

Подготовка осадка для механического обезвоживания

Осадки, образующиеся на очистных сооружения населенных мест, характеризуются неудовлетворительными показателями водоотдачи, что затрудняет применение процессов их механического обезвоживания. Для увеличения водоотдачи необходимо изменить структуру осадка. Изменение структуры осадков позволяет добиваться более глубокого и быстрого их обезвоживания. Процессы подготовки осадков к обезвоживанию называют кондиционированием.

Методы кондиционирования подразделяются на реагентные и безреагентные.

Реагентные методы предполагают использование для обработки осадков неорганических реагентов (хлорное железо, сернокислое железо, известь) или органических высокомолекулярных соединений -- полиэлектролитов (ПЭ). Те и другие приводят к увеличению влагоотдачи осадков.

В результате такой обработки удельное сопротивление осадка значительно снижается и осадок легче отдает воду. Кондиционирование осадков минеральными реагентами имеет ряд существенных недостатков, к которым относятся: большой массовый расход; высокая коррозионная активность; трудности с транспортировкой и хранением; внесение большого количества (до 40%) дополнительных веществ.

Однако эти проблемы разрешимы при использовании органических высокомолекулярных реагентов полиэлектролитов.

Безреагентное кондиционирование осуществляется в основном методами тепловой обработки осадков.

Сущность метода тепловой обработки осадков состоит в их прогревании в реакторе при температуре 140--200 °С в течение определенного времени. Схема установки тепловой обработки осадка дана на рис. 15.6. Исходный осадок после нагревания в теплообменнике обработанным осадком подается в реактор. В реакторе осадок выдерживается 60--75 мин при давлении 1,2--2 МПа. Для догревания осадка в реакторе используется острый пар.

Рис. 15.6. Схема тепловой обработки и механического обезвоживания осадков городских сточных вод:

· 1 -- дробилка; 2 -- резервуар дробленого осадка; 3 -- насос; 4 -- теплообменник; 5 -- реактор; 6 -- дросселирующее устройство; 7 -- уплотнитель;

· 8 -- вакуум-фильтр; 9 -- подача пара; 10 -- отвод иловой воды и фильтрата;

· 11 -- отвод кека

В процессе тепловой обработки происходят распад органических веществ, в основном белков, их растворение и переход твердой фазы осадков в жидкую. При этом изменяется структура осадков, их зольность и частично химический состав, достигаются улучшение водоотдачи и обезвреживание осадков. Тепловой обработке могут подвергаться как сброженные, так и сырые осадки.

Одним из достоинств метода тепловой обработки является полная стерильность обработанного осадка. При механическом обезвоживании такого осадка образуется кек влажностью 55--70%, что позволяет исключить термическую сушку осадка.

К недостаткам метода относятся сложность конструкции реактора, большие энергетические затраты и высокая концентрация органических веществ в иловой воде и фильтрате, которые необходимо направлять на биологическую очистку. При тепловой обработке выделяются дурно пахнущие газы, требующие предварительной очистки перед выбросом их в атмосферу.

Процессы и оборудование для механического обезвоживания осадков

Процессы и аппараты, применяемые для обезвоживания осадков сточных вод, можно классифицировать по виду механического воздействия на их структуру:

· * обезвоживание осадков под действием разряжения;

· * обезвоживание осадков под действием давления;

· * обезвоживание осадков в поле центростремительных сил.

Обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах. На вакуум-фильтрах можно обрабатывать практически любые виды осадков.

Барабанный вакуум-фильтр -- вращающийся горизонтально расположенный барабан, частично прогруженный в корыто с осадком (рис. 15.7). Барабан имеет две боковые стенки: внутреннюю -- сплошную и наружную -- перфорированную, обтянутую фильтровальной тканью. Пространство между стенками разделено на 16--32 секции, не сообщающиеся между собой. Каждая секция имеет отводящий коллектор, входящий в торце в цапфу, к которой прижата неподвижная распределительная головка. В зоне фильтрования осадок фильтруется под действием вакуума. Затем осадок просушивается атмосферным воздухом. Фильтрат и воздух отводятся в общую вакуумную линию. В зоне съема осадка в секции подается сжатый воздух, способствующий отделению обезвоженного осадка от фильтровальной ткани. Осадок снимается с барабана ножом. В зоне регенерации ткань продувается сжатым воздухом или паром. Для улучшения фильтрующей способности ткани через 8--24 ч работы фильтр регенерируют -- промывают ингибированной кислотой или растворами ПАВ. Выпускаются барабанные вакуум-фильтры с фильтрующей поверхностью от 2,5 до 40 м2.

Рис. 15.7. Барабанный вакуум-фильтр:

· 1 -- перфорированный барабан; 2 -- латунная сетка; 3 -- фильтровальная ткань;

· 4 -- слой осадка; 5 -- нож для съема кека; 6 -- резервуар для осадка;

· 7 -- качающаяся мешалка; 8 -- камеры барабана; 9 -- соединительные трубки; 10 -- вращающаяся часть распределительной головки; 11 -- неподвижная часть распределительной головки; 12 -- подача осадка на обезвоживание;

· 13 -- отведение кека; I -- зона фильтрования и отсоса фильтрата;

II -- зона съема кека; III -- зона регенерации фильтровальной ткани

Обезвоживание осадков сточных вод на фильтр-прессах. Фильтрпрессы имеют широкое распространение для обезвоживания осадков сточных вод. Их применяют для обработки сжимаемых аморфных осадков. По сравнению с вакуум-фильтрами на фильтр-прессах получают осадки с меньшей влажностью. Фильтр-прессы применяют в тех случаях, когда осадок направляют после обезвоживания на сушку или сжигание или когда необходимо получить осадки для дальнейшей утилизации с минимальной влажностью.

В технологический блок фильтр-пресса (рис. 15.8) входит комплекс вспомогательного оборудования. Работа этого комплекса контролируется и управляется центральным компьютером.

Кондиционированный осадок подается на фильтр-пресс насосами при возрастающем давлении. Давление фильтрования поднимается до 1,5 МПа. Период подачи осадка и образования слоя

Рис. 15.8. Технологическая схема механического обезвоживания осадков на мембранно-камерном фильтр-прессе:



· 1 -- система приготовления флокулянта; 2 -- система дозирования флокулянта;

· 3 -- система подачи осадка; 4 -- система смешения осадка с флокулянтом;

· 5 -- система промывки фильтровального полотна; 6 -- система дожима

мембран; 7 -- система отвода капельных утечек и воды от промывки ткани;

· 8 -- система отвода обезвоженного осадка; 9 -- резервуар исходного осадка;

· 10 -- подача воды питьевого качества; 11 -- мембранно-камерный фильтр-пресс; 12 -- отвод фильтрата; 13 -- подача технической воды кека обычно составляет 20--30 мин. Длительность выгрузки -- около 15 мин. Общая продолжительность фильтроцикла в среднем составляет 90 мин. При влажности исходного осадка 94--97% снимается кек влажностью 68--70%.

Результаты эксплуатации фильтр-прессов на очистных сооружениях показали их надежность, высокую производительность и удобство обслуживания. В отличие от вакуум-фильтров процесс фильтр-прессования осадков в камерных фильтр-прессах периодический.

Применяются также ленточные фильтр-прессы. Они относительно просты и по конструкции, и в эксплуатации. Принципиальная схема такого пресса показана на рис. 15.9.

Пресс имеет верхнюю и нижнюю фильтровальные ленты. Фильтрование и отжим осуществляются в пространстве между этими лентами. Обезвоженный осадок срезается ножом и сбрасывается в конвейер. Фильтровальная лента непрерывно промывается водой. Фильтрат и промывная вода отводятся из поддона. Существуют также конструкции вертикальных ленточных фильтр-прессов.



Рис. 15.9. Схема ленточного фильтр-пресса Лпр-10-1,2-001:

· 1 и 2 -- верхняя и нижняя фильтровальные ленты; 3 -- подача осадка;

· 4 -- прижимной ролик; 5 -- фильтрующий барабан; 6 -- система отжимных шаров; 7 -система промывки лент; 8 -- поддон для сбора фильтрата;

· 9 -- система отжимных валов; 10 -- нож для отделения осадка

Большинство ленточных фильтр-прессов конструктивно сочетают гравитационный ленточный фильтр и барабанный пресс. Процесс обезвоживания осадка непрерывный.

Центрифугирование осадков -- разделение твердой и жидкой фаз в поле центростремительных сил. Достоинствами этого метода являются простота, экономичность и управляемость процессом. После обработки на центрифугах получают осадки низкой влажности.

Центрифугирование осадков производится с применением минеральных коагулянтов или ПЭ. При использовании ПЭ обезвоженный осадок имеет меньшую влажность, центрифуга -- большую разделяющую способность, а образующийся фугат -- меньшую загрязненность.

Работа центрифуг характеризуется такими показателями, как производительность, эффективность задержания сухого вещества и влажность обезвоженного осадка (кека). Показатели работы центрифуги зависят от геометрических размеров ротора, скорости его вращения, диаметра сливного цилиндра, влажности осадка, плотности и дисперсионного состава его твердой фазы и других факторов.

В отечественной практике для обработки осадков сточных вод применяют серийные, непрерывно действующие осадительные центрифуги типа ОГШ (рис. 15.10).

Рис. 15.10. Принципиальная схема устройства центрифуги типа ОГШ:

· 1 -- цилиндроконический ротор; 2 -- шнек; 3 -- неподвижный кожух;

· 4 -- разгрузочные окна для осадка; 5 -- питающая труба; 6 -- вал ротора;

· 7 -- планетарный редуктор; 8 -- вал шнека; 9 -- сливные окна для фугата;

· 10 -- жидкостный объем ротора

Основными элементами центрифуги являются конический ротор со сплошными стенками и полый шнек. Ротор и шнек вращаются в одну сторону, но с разными скоростями. Под действием центростремительных сил твердые частицы осадка отбрасываются к стенкам ротора и вследствие разности частоты вращения ротора и шнека перемещаются к отверстию в роторе, через которое обезвоженный осадок (кек) поступает в бункер. Отделившаяся жидкая фаза (фугат) отводится через отверстия, расположенные с противоположной стороны ротора.

Технико-экономические расчеты и эксплуатационные данные показывают, что применение центрифуг для обработки осадков сточных вод экономически целесообразно для станций пропускной способностью 70--100 тыс. м3/сут.

Сопоставление методов и аппаратов для механического обезвоживания осадков (табл. 15.1) показывает, что каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки.