Способы обезвоживания осадков сточных вод

Обработка и утилизация осадков сточных вод в процессе биохимической очистки, виды, состав и способы их обезвоживания. Применение и эксплуатация установок для термической обработки осадков сточных вод. Использование иловых площадок на окраинах городов.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 14.10.2011
Размер файла 1,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

  • Введение
  • Глава 1. Обработка осадков сточных вод
  • Глава 2. Обезвоживание осадков сточных вод
  • Глава 3. Проблемы применения и эксплуатации установок для термической обработки осадков сточных вод
  • Заключение
  • Литература

Введение

В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков: осадки в основном минерального состава; осадки в основном органического состава; смешанные осадки, содержащие как минеральные, так и органические вещества.

Глава 1. Обработка осадков сточных вод

В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков: осадки в основном минерального состава; осадки в основном органического состава; смешанные осадки, содержащие как минеральные, так и органические вещества.

Для обработки и обезвреживания осадков используются различные технологические процессы, которые представлены на рис.6.27.

Уплотнение активного ила. Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении удаляется в среднем 60 % влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза. Наиболее трудно уплотняется активный ил. Влажность активного ила составляет 99,2-99,5 %. Для уплотнения используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы.

Гравитационный метод уплотнения является наиболее распространенным и применяется для уплотнения избыточного активного ила и сброженных осадков. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или радиальные отстойники.

Флотационный метод уплотнения осадков основан на прилипании частиц активного ила к пузырькам воздуха и всплывании вместе с ними на поверхность. Для образования пузырьков воздуха может быть использован метод напорной флотации, вакуум-флотации, электрофлотации и биологической флотации (за счет развития и жизнедеятельности микроорганизмов при подогреве осадка до 35-55°С).

Наибольшее распространение на практике получила напорная флотация. При этом в осадок активного ила подается определенное количество воды, предварительно насыщенной воздухом под давлением до 0,4 МПа. При снижении давления выделяется растворенный воздух в виде мелких пузырьков. Схема уплотнения ила флотацией показана на рис.6.28, а схема флотационного уплотнителя - на рис.6.29.

Рабочую жидкость подают по трубопроводам в нижнюю часть распределительного устройства. Сфлотированный ил собирают скребком, выполненным в виде спирали Архимеда, в периферийный лоток. Расход воздуха на уплотнение составляет 50-60 л/м3. Влажность уплотненного ила достигает 94,5-95 %.

Сгущение активного ила проводят в гидроциклонах, центрифугах и сепараторах.

Стабилизация осадков. Этот процесс проводят для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества на диоксид углерода, метан и воду. Стабилизацию ведут при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных условиях проводится сбраживание в септиках, двухъярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. Септики и отстойники используют на установках небольшой производительности.

Высокая влажность и большое содержание белка в активном иле приводят к низкому выходу газа при анаэробном сбраживании. Исходя из этого, выгоднее в метантенках сбраживать один сырой осадок из первичных отстойников, а активный ил подвергать аэробной стабилизации. Аэробная стабилизация заключается в продолжительной обработке ила в аэрационных сооружениях с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. В результате такой обработки происходит распад (окисление) основной части биоразлагаемых органических веществ (до С02, Н20 и NH3). Оставшиеся органические вещества становятся неспособными к загниванию, т.е. стабилизируются. Расход кислорода на процесс стабилизации приблизительно равен 0,7 кг/кг органического вещества.

Аэробную стабилизацию можно проводить и для смеси осадков из первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффективность процесса аэробной стабилизации зависит от его продолжительности, интенсивности аэрации, температуры, состава и свойств окисляемого осадка.

Стабилизацию можно проводить по двум схемам (рис.6.30). В схеме на рис.6.30, а в стабилизатор подают уплотненный избыточный активный ил, а стабилизированный осадок поступает на последующую обработку. В схеме на рис.6.30, б в стабилизатор подают избыточный ил из вторичных отстойников. Из стабилизаторов осадок поступает в уплотнитель. Часть осадка возвращают в стабилизатор.

Кондиционирование осадков. Этот процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией проводят для снижения удельного сопротивления и улучшения водоотдающих свойств осадков вследствие изменения их структуры и форм связи воды. От условий кондиционирования зависит производительность аппаратов обезвоживания, чистота отделяемой воды и влажность обезвоженных осадков. Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами.

При реагентной обработке осадка происходит коагуляция - процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц. В качестве коагулянтов используют соли железа, алюминия [FeS04, Fe2 (S04) 3, FeCl3, A11 (S04) 3] и известь. Эти соли вводят в осадок в виде 10% -х растворов. Могут быть также использованы отходы, содержащие FeCl3, A12 (S04) 3 и др. Наиболее эффективным является применение хлорного железа совместно с известью. Доза хлорного железа составляет 5-8 %, извести 15-30 % (от массы сухого вещества осадка).

Вместо коагулянтов можно использовать и флокулянты. Для осадков с высоким содержанием органических веществ (25-50 %) целесообразно использовать только ка-тионные флокулянты; для осадков с зольностью 55-65 % следует комбинировать ка-тионные и анионные флокулянты; для осадков 65-70 % рекомендуют анионные флокулянты.

В осадок флокулянты вводят в виде растворов концентрацией 0,01-0,5 % по активной части. Доза флокулянта при обезвоживании осадков фильтрованием 0,2-1,5 %, при центрифугировании 0,15-0,4 % (на сухое вещество).

К безреагентным методам обработки относятся тепловая обработка, замораживание с последующим отстаиванием, жидкофазное окисление, электрокоагуляция и радиационное облучение.

обезвоживание осадок сточная вода

Рис. 6.31. Схема установки тепловой обработки осадка: У -- резервуар; 2,7 -- насосы; 3 -- теплооб-менник; 4 -- реактор; 5 -- устройство для снижения давления; б -- уплотнитель; 8, 9 -- аппараты механического обезвоживания

Тепловая обработка. Один из способов - нагревание осадка в автоклавах до 170-200°С в течение 1 ч. За это время разрушается коллоидная структура осадка, часть его переходит в раствор, а остальная часть хорошо уплотняется и фильтруется. Схема тепловой обработки осадка показана на рис.6.31.

Осадок из резервуара-накопителя под давлением подают в теплообменник, где он нагревается осадком, прошедшим тепловую обработку в реакторе. После охлаждения в теплообменнике и снижения давления осадок поступает в илоуплотнитель, а затем на обезвоживание. Нагревание осадка производят "острым" паром. Удельный расход пара составляет 120-140 кг на 1 м3 осадка. Уплотняют осадок в радиальных уплотнителях в течение 2-4 ч. Влажность уплотненных осадков 93-94 %. Обезвоживание производят на вакуум-фильтрах и фильтр-прессах.

Метод замораживания и оттаивания. Сущность метода заключается в том, что при замораживании часть связанной влаги переходит в свободную, происходит коагуляция твердых частиц осадка и снижается его удельное сопротивление. При оттаивании осадки образуют зернистую структуру, их влагоотдача повышается. Замораживание проводят при температуре от - 5 до - 10°С в течение 50-120 мин.

Для замораживания используют аммиачные холодильные машины. На рис.6.32, а показана схема установки для замораживания и оттаивания осадка. В резервуары с осадком подают жидкий аммиак, который, испаряясь в трубах, замораживает осадок. Пары аммиака поступают в компрессор, сжимаются и проходят теплообменник, где пары конденсируются с выделением тепла. В резервуаре происходит оттаивание осадка. Далее жидкий аммиак через вакуум-отделитель возвращают на охлаждение осадка.

Установка барабанного типа для замораживания и оттаивания осадка представлена на рис.6.32, б. Замораживание идет на поверхности вращающегося барабана, который погружен в поддон с осадком. Толщину слоя намораживаемого осадка регулируют ножом. Замороженный осадок снимают этим ножом и подают на решетку конденсатора, где он оттаивает и через отверстия попадает в емкость. Холодильный агент циркулирует по трубопроводам. В период пуска установки решетку дополнительно охлаждают водой из оросителя. После оттаивания осадок уплотняют, а затем подсушивают.

Схемы установок для замораживания и оттаивания осадка: а - с аммиачной холодильной машиной трубчатого тина: 1 - резервуары для замораживания, 2 - насос, 3 - вакуумный отделитель, 4 - компрессор, 5 - маслоотделитель, б - промежуточный теплообменник, 7 - резервуар для отгаивания; б - барабанного типа: / - трубопровод, 2 - поддон, 3 - регулирующий нож, 4 - барабан-испаритель, 5 - нож, 6 - решетка-конденсатор, 7 - регулирующий вентиль, 8, 10, Л - трубопроводы холодильного агента, 9 - ороситель

Жидкофазное окисление. Сущность метода заключается в окислении органической части осадка кислородом воздуха при высокой температуре и высоком давлении. Схема установки жидкофазного окисления приведена на рис.6.33.

В приемном резервуаре смесь сырого осадка и активного ила нагревают до температуры 45-50°С. Затем осадок через теплообменник поступает в реактор. Из реактора смесь продуктов окисления, воздуха и золы направляют через теплообменник, где она отдает тепло, в сепаратор, из которого осадок через теплообменник возвращается в приемный резервуар, а затем поступает на уплотнение и обезвоживание. При обработке осадка влажностью 96% выделяемого тепла достаточно для поддержания заданного режима. Выделяющиеся в сепараторе газы используют в турбогенераторе.

Обезвоживание осадков. Осадки обезвоживают на иловых площадках и механическим способом.

Иловые площадки - это участки земли (корты), со всех сторон окруженные земляными валами Если почва хорошо фильтрует воду и грунтовые воды находятся на большой глубине, иловые площадки устраивают на естественных грунтах. При залегании грунтовых вод на глубине до 1,5 м фильтрат отводят через специальный дренаж из труб, а иногда делают искусственное основание. Рабочая глубина площадок - 0,7-1 м. Площадь иловых площадок зависит от количества и структуры осадка, характера грунта и климатических условий. Иловую воду после уплотнения направляют на очистные сооружения.

Иловые площадки-уплотнители сооружают глубиной до 2 м с водонепроницаемыми стенами и дном. Принцип их действия основан на расслоении осадка при отстаивании. При этом жидкость периодически отводят с разных глубин над слоем осадка, а осадок удаляют специальными машинами.

Механическое обезвоживание осадков проводят на вакуум-фильтрах (барабанных, дисковых, ленточных), листовых фильтрах, фильтр-прессах, центрифугах и виброфильтрах.

Установки механического обезвоживания осадков, кроме основных агрегатов, включают вспомогательное оборудование для подготовки осадков к обезвоживанию и транспортированию. На рис.6.34 представлена установка для обезвоживания осадка на барабанных фильтрах.

Осадок из резервуара насосом через дозатор подают на фильтр, куда поступают и реагенты. На поверхности вращающегося барабана образуется уплотненный осадок, который удаляется сжатым воздухом. Фильтрат поступает в ресивер, где происходит разделение воздуха и фильтрата. Фильтрат, содержащий от 50 до 1000 мг/л осадка, смешивают с исходными сточными водами и подвергают совместной очистке.

Регенерацию ткани фильтра проводят сжатым воздухом.

Обезвоживающие установки с центрифугами. Для обезвоживания используют в основном шнековые центрифуги, производительность которых при обработке осадков из первичных отстойников составляет 8-30 м3/ч, а сброженных осадков 12-40 м3/ч. Удельный расход энергии составляет 2,5-3,3 кВт-ч на 1 м3 обрабатываемого осадка. Влажность обезвоженного осадка зависит от зольности активного ила. Например, при зольности сырого активного ила 28-35 % влажность обезвоженного осадка составляет 70-80 %, при зольности (38-42) - (44-47) %, а зольности 65-75 % соответствует влажность 50-70 %.

Для обезвоживания осадков рекомендуют следующие технологические схемы:

1) раздельного центрифугирования сырого осадка первичных отстойников и активного ила;

2) центрифугирования осадков первичных отстойников с последующим аэробным сбраживанием фугата (рис.6.35).

По первой схеме фугат сырого осадка направляют в первичные отстойники, а фугат активного ила используют в качестве возвратного ила в аэротенках. По этой схеме из состава очистных сооружений исключаются илоуплотнители. Время отстаивания в первичных отстойниках увеличивается до 4-4,5 ч. На центрифугу подают весь активный ил или его часть.

Рис. 6.35. Схемы установок обезвоживания осадков с применением центрифуг: а -- с раздельным центрифугированием осадков из первичного и вторичного отстойников; б -- с центрифугированием осадков первичных отстойников и последующим аэробным сбраживанием фугата: 1 -- первичные отстойники; 2 -- аэротенки; 3 -- вторичные отстойники; 4 -- центрифуги; 5 -- минерализатор; 6 -- уплотнитель

По второй схеме производят центрифугирование осадка первичных отстойников с последующим аэробным сбраживанием фугата в смеси с избытком неуплотненного активного ила. Продолжительность сбраживания в минерализаторе 6-8 сут, а время уплотнения 6-8 ч. Влажность уплотненного осадка - 97,5 %. Для обезвоживания осадков рекомендуют использовать и сепараторы, которые обеспечивают сгущение неуплотненного избыточного активного ила концентрацией 3,9-4,3 кг/м3 до концентрации 54,7-71,8 кг/м3.

Рис. 6.36. Схема узлов сушки осадков: а -- с барабанной сушилкой: / -- топка, 2 -- загрузочная труба, 3 -- сушильный барабан, 4 -- разгрузочная камера, 5 -- батарейный циклон, 6 -- дымосос, 7 -- скруб-бер, 8 -- транспортер сухого осадка; б -- с распылительной сушилкой: 1 -- топка, 2 -- сушила, 3 -- батарейный циклон, 4 -- вентилятор, 5 -- циклон, 6 -- бункер готового продукта, 7 -- пневмопровод; в -- с сушилкой со встречными струями: 1 -- ленточный транспортер, 2 -- приемная камера, 3 -- шнековый питатель, 4 -- сушильная камера с разгонными трубами, 5 -- камеры сгорания, 6 -- вертикальный стояк, 7 -- трубопровод для ретура, 8 -- шлюзовые затворы, 9 -- сепаратор, 10 -- скруббер

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 -- теплооб-менник; 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].

Отечественными и зарубежными исследованиями отмечается высокая бактериальная загрязненность дождевых сточных вод: она лишь в 10 - 100 раз ниже, чем хозяйственно-бытовых сточных вод. Большая часть бактерий содержится в твердой фазе, что свидетельствует об опасности осадка в санитарно-эпидемиологическом отношении. Бактериологический состав осадков поверхностного стока вызывает необходимость их обеззараживания перед сбросом или утилизацией, так как они сильно загрязнены бактериями группы кишечной палочки. По данным зарубежных исследований [11] количество бактерий кишечной группы в водоемах увеличивается при выпадении дождей в 10 раз и больше. Повышенная загрязненность сохраняется в течение двух-трех суток после выпадения осадков, что объясняется наличием большого количества микробов в примесях, которые оседают. В осадках дождевых вод могут находиться практически любые возбудители болезней человека и животных (бактерии, вирусы, яйца гельминтов). Количество яиц гельминтов в 1 кг осадка может достигать нескольких сотен [12].

В роботе [12] предложена технология обработки осадка, включающая следующие этапы:

Подготовительный - обезвоживание осадка на фильтр-прессах с предварительным его кондиционированием флокуляцией. Под действием флокулянтов частицы осадка агрегируются, сокращается площадь поверхности частиц, увеличиваются размеры пор и количество свободной воды, уменьшается количество связанной воды. Это приводит к повышению водоотдачи осадка на стадии обезвоживания.

Основной - обработка полученного кека негашеной известью, при этом образуется зернистый гранулированный материал и одновременно происходит обеззараживание осадка за счет повышения температуры до 80°С при реакции негашеной извести с водой. Такой осадок рационально использовать для удобрения кислых почв.

Обезвоживание - основная стадия обработки осадков, обеспечивающая уменьшение их объема, поэтому рассмотрим методы и аппараты, применяемые для обезвоживания осадков сточных вод. Их можно классифицировать по виду механического воздействия на их структуру [2]:

· обезвоживание осадков под разряжением;

· обезвоживание осадков под давлением;

· обезвоживание осадков в центробежном поле.

Сопоставление методов и аппаратов для механического обезвоживания осадков показывает, что каждый из них имеет ряд преимуществ и ряд недостатков.

Преимуществом вакуум-фильтров является возможность обработки осадков без выделения песка и распространения запаха. Следует учитывать, что для нормальной работы вакуум-фильтров необходимо вспомогательное оборудование: вакуум-насосы, воздуходувки, ресиверы, центробежные насосы и устройства, обеспечивающие постоянное питание вакуум-фильтра. Недостаткам вакуум-фильтров являются сложность управления, низкая надежность, невозможность использования органических флокулянтов для кондиционирования осадка, громоздкость, повышенный расход электроэнергии и загрязненность окружающее среды.

Фильтр-прессы применяют для обработки сжимаемых аморфных осадков в тех случаях, когда осадок направляют после обезвоживания на сушку или сжигание, либо когда необходимо получить осадки с минимальной влажностью. Это оборудование рационально использовать для обезвоживания осадков промышленных сточных вод с высоким содержанием минеральных составляющих.

Все большее распространение находит центрифугирование осадков. Достоинствами этого метода являются простота, экономичность и управляемость процессом. После обработки на центрифугах получаются осадки низкой влажности.

Хорошо себя зарекомендовали центрифуги западных фирм, прежде всего германской фирмы "Вестфалия-Сепаратор", которые внедрены во многих городах России [1] и Украины, в том числе и на объектах научно-инженерного центра "Потенциал - 4" [13].

Научно-инженерный центр "Потенциал - 4" (Киев) с 1990 года разрабатывает и внедряет сооружения очистки производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод и поверхностного стока. Для механического обезвоживания осадков используются декантерные центрифуги "BARGAM" (Италия) и шнековые дегидраторы "AMCON" (Япония).

Итальянские декантерные центрифуги и полимерные станции "BARGAM" Barigelli Gambetti используются для обработки и обезвоживания разнообразных за составом вод и осадков: хозяйственно-бытовых сточных вод, поверхностного стока (дождевых и талых вод), во многих видах промышленности. Преимуществами декантеров "BARGAM" Barigelli Gambetti является возможность обработки суспензий в большом диапазоне концентраций твердой фазы и размеров частиц, обезвоживания осадков до влажности 62 - 68 %, автоматизация и простота в обслуживании, автоматический подбор дозы флокулянта, низкая стоимость в сравнении с европейскими аналогами, в сравнении с отечественными аналогами более низкая установленная мощность и масса (таблица 1).

При использовании для обезвоживания осадков центрифуг ОГШ отечественного производства расход электроэнергии на обезвоживание осадков и масса больше (таблица 1). При обезвоживании осадка на центрифугах ОГШ достигается снижение влажности до 70 - 75 %.

Особенности работы шнекового дегидратора "AMCON" (Япония)

· Шнековый дегидратор предназначен для обезвоживания любых видов осадков, образовавшихся в процессе очистки сточных вод (хозяйственно-бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и др.)

· Установка предназначена для обезвоживания осадков с концентрацией взвешенных веществ от 2000 мг/л до 35000 мг/л

· Обезвоженный осадок имеет влажность 68 - 75%, в зависимости от состава сточных вод

· Установка имеет встроенную зону сгущения, что предотвращает необходимость дополнительного оборудования для сгущения осадка (илоуплотнитель) и позволяет обезвоживать осадок с низкой концентрацией взвешенных веществ (от 2000 мг/л)

· Дегидратор имеет конструкцию, которая предотвращает засорение барабана, таким образом, отпадает потребность в больших объемах промывной воды

· В установке отсутствуют высоконагружаемые и высокооборотные узлы, что свидетельствует о надежности конструкции. Дегидратор отличается низким уровнем шума и вибрации

· Установка потребляет на порядок меньше электроэнергии, чем какие-либо другие системы обезвоживания (таблица 1), что является приоритетным в контексте устойчивого развития и энергосбережения и значительно снижает эксплуатационные затраты

· Незначительные габариты и вес шнекового дегидратора позволяют компактно разместить установку на очистных сооружениях

· Установка работает в автоматическом режиме по датчикам уровня или по таймеру и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Принцип работы шнекового дегидратора "AMCON" (Япония)

Стабилизированный осадок подается насосом в отделение для обработки флокулянтом, затем осадок направляется в узел обезвоживания. В процессе обезвоживания фильтрат вытекает из зазоров между кольцами. Ширина зазоров уменьшается в направлении выхода кека. В зоне сгущения она составляет 0,5 мм; в зоне обезвоживания сужается от 0,3 мм до 0,15 мм. Шаг витков шнека также уменьшается, создавая давление в зоне обезвоживания, в то время как объем осадка уменьшается. На конце шнека установлена прижимная пластина, которая регулирует внутреннее давление в барабане. Кек сбрасывается в контейнер, а фильтрат направляется в голову очистных сооружений.

Таким образом, обезвоживание осадков на иловых площадках составляет реальную угрозу вторичного загрязнения окружающей среды, требует значительных капитальных затрат и большие площади под размещение. Для эффективного решение проблемы обезвоживания осадков необходимо внедрять установки механического обезвоживания с предварительным кондиционированием осадка. Наиболее прогрессивным является использование декантерных центрифуг и шнековых дегидраторов, так как это оборудование можно компактно разместить на очистных станциях, оно работает в автоматическом режиме, а также является низкоэнергоемким, что способствует снижению эксплуатационных затрат и является приоритетным в контексте устойчивого развития и энергозбережения.

Глава 3. Проблемы применения и эксплуатации установок для термической обработки осадков сточных вод

Одновременно с освоением высокоэффективных методов очисти сточных вод и обработки осадков, совершенствуются и технологические процессы промышленных предприятий в результате которых синтезируются сложные органические, небиогенные вещества, ПАВы и консерванты, которые на сегодняшний день, невозможно удалить из сточных вод на очистных сооружениях используя традиционные методы. Вследствие этого часть сточных вод сбрасывается в водные объекты без соответствия нормативным показателям.

Таким образом, очевидна проблема, связанная с нарастающим антисанитарным состоянием водных источников, а также необходимость решения экологических, экономических и технологических задач по очистке сточных вод и обработке осадков очистных сооружений.

Методы термической обработки осадков сточных вод

Для осадков городских сточных вод характерна загрязненность токсичными веществами, склонность к загниванию и зараженность патогенными организмами. Поэтому традиционные методы обработки осадков, такие как использование в качестве сельскохозяйственного удобрения, сброс в природные водоемы, компостирование, сжигание, захоронение, не всегда эффективен, и становятся экологически небезопасными.

При выборе методов обработки канализационных осадков необходимо учитывать следующие социально - экономические факторы:

· Действительно ли рассматриваемый метод способен выполнить те задачи, для решения которых его предполагается использовать?

· Осуществим ли он технически?

· Имеются ли финансовые и трудовые ресурсы, необходимые для его осуществления?

· Является ли рассматриваемый вариант наиболее рентабельным в данных условиях?

· Каковы негативные и позитивные последствия реализации проекта в экологическом аспекте?

· Может ли экологическая эффективность быть существенно увеличена при незначительном увеличении затрат? И наоборот, можно ли значительно снизить затраты при незначительном снижении экологической эффективности? Если да, то есть ли возможность более эффективно использовать освободившиеся средства на экологические цели?

· Предлагаемое решение административно выполнимо и разумно?

· Какое влияние принятие данной политики или технологии окажет на различные слои общества? Достигнутые результаты соответствуют социальным целям общества или противоречат им?

· Общее развитие население в области понимания проблем обработки отходов и развития общества в целом [1].

В общей проблеме очистки сточных вод обработка осадков представляет собой сложный и окончательно не решенный вопрос. Из предлагаемых современных методов перспективными являются методы термической обработки осадков.

При тепловой обработке осадки полностью обеззараживаются, приобретая стабильные свойства и способность к хорошей водоотдаче, что позволяет отказаться от реагентных способов обработки осадков.

Практика внедрения установок высокотемпературной обработки осадка показала целесообразность их усовершенствования. Кроме того, должны соблюдаться и технологические требования, такие как: сушка осадка до влажности не менее 50%; полное обеззараживание осадка; максимальное уничтожение запаха осадка и отработанного сушильного агента; взрывобезопасность установки; исключение возгорания высушенного осадка с целью снижения транспортных расходов; простоту эксплуатации; утилизацию тепла отработанной парогазовой смеси.

Достаточно эффективна установка прямоточной сушки осадка сточных вод влажностью 80-82% [2]. Схема данной установки приведенная на рисунке 1. Влажность высушенного осадка составляет 40-50%.

При обработке осадка совмещаются такие технологические операции, как сушка, обеззараживание и пневмотическое транспортирование на площадку складирования. Обезвоженный в центрифугах осадок с влажностью 80-85% подается в аккумулирующий бункер 1. Далее осадок из бункера подается с помощью винтовых насосов 2 по трубопроводам 3 для его распыления через форсунки 4 в зону сушки рабочего трубопровода 5. с помощью воздуходувок 6 через воздуховод 7 подается воздух в камеру сгорания 8, где он нагревается за счет сжигания топлива достигая температуры 800-900оС. При транспортировке осадка в высокотемпературной среде происходит его сушка и обеззараживание. Винтовой питатель уплотняет высушенный осадок в 2-4 раза. Парогазовая смесь выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу 12 после того, как поступит в мокрый скруббер 11. Пуск оборудования установки и регулировка температурного режима обработки осадка осуществляется с пульта управления оператором.

Из технологической схемы очевидно, что высоко-температурный режим сушки осадка достигается с помощью использования камеры сгорания.

Термически высушенный осадок безопасен в санитарном отношении и является органо-минеральным удобрением. Следует учитывать и то, что в городских бытовых сточных водах содержатся значительные количества самых разнообразных производственных стоков и токсичных веществ (яды, химикаты, сорняки, соединения мышьяка, ртути, свинца и др.).

С санитарной точки зрения относительно новым способом переработки отходов является пиролиз. Процесс пиролиза обладает лучшими показателями по сравнению с сжиганием. Пиролиз представляет собой процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода. В результате работы пиролизных установок был получен твердый продукт (экологит), а также смола пиролиза [2]. В настоящее время существует около 50 систем по пиролизу отходов, которые отличаются друг от друга видом исходного сырья, температурой процесса конструктивными решениями технологической схемы переработки сырья [3].

Тем не менее, все системы переработки осадков объединяет главный недостаток - потребление значительного количества топлива для обеспечения температуры, необходимого для сжигания осадка. Избежать данной проблемы можно при использовании взрывной камеры [4]. При взрыве в замкнутом объеме достигается температура 2500-5000оС, что значительно больше температуры, используемой в многоподовых печах и пиролизных установках для сжигания осадков сточных вод, при этом на один килограмм взрывчатого вещества давление может достигать 20-50 гПа. Это позволяет сделать вывод о том, что при использовании взрывной камеры можно производить сушку, прессование и сжигание осадков иловых площадок, используя в качестве источника энергии - энергию взрыва [5].

Предлагаемое использование взрывных камер предусматривает использование энергии взрыва взрывчатых веществ для термического разложения в сильной ударной волне уничтожаемых материалов.

Технологическая схема утилизации осадков иловых площадок и очистных сооружений с использованием взрывной камеры показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема утилизации осадков иловых площадок и очистных сооружений с использованием взрывных камер 1 - ил (органическое сырье), 2 - взрывная камера, 3 - газовая смесь, 4 - зола на повторный цикл, 5 - твердый остаток, 6 - твердый остаток на повторный цикл, 7 - накопитель газовой смеси с системой очистки, 8 - накопитель твердого остатка, 9 - на утилизацию обезвреженной твердой фракции или выделение из нее определенных ценных веществ, 10 - жидкий остаток, 11 - нагретая вода на отопление или для иных нужд, 12 - очищенная газовая смесь, 13 - турбогенератор, 14 - выпуск газовой смеси в атмосферу, 15 - электроэнергия, 16 - накопитель жидкого остатка, 17 - на утилизацию обезвреженной жидкой фракции или выделение из нее определенных ценных веществ Параметры такой взрывной камеры зависят от следующих физико-химических характеристик взрывчатых веществ: чувствительность к механическим и тепловым воздействиям, химическая и физическая стойкость, плотность [6].

Достаточно сложной является проблема аккумуляции и хранения газа, полученного при высокотемпературной обработке осадков. Во взрывной камере благодаря отсутствию в зоне сжигания подвижных частей упрощается конструкция устройства. В результате образования парогазовой смеси уменьшается запыленность отходящих газов. Воздействие высокой температуры и давления улучшает эффективность сжигания осадка сточных вод, появляется возможность сжигания осадка с различной влажностью.

Заключение

Использование данной установки обладает некоторыми недостатками. Выделившаяся при взрыве тепловая энергия передается телам, находящимся вблизи точки взрыва, и поэтому их температура увеличивается. При этом скорость движения частиц находящихся в замкнутом пространстве резко увеличивается. Если при движении в некотором направлении частицы встречают препятствие, то они, ударяясь о стенку, стремятся ее сдвинуть. Для того чтобы удержать преграду, требуется приложить силу, т.е. следует учесть мгновенное усиление давления газов на стенки взрывной камеры. Возникает вопрос о создании достаточно термо - и механически устойчивого устройства.

Таким образом, проблемы создания и применения новых методов обработки осадков сточных вод, в том числе и взрывных камер, зависят от прочности материала, из которого выполнена взрывная камера, устойчивости конструкции в целом, физико-химических характеристик взрывчатого вещества и других факторов.

Литература

1. Выбор наиболее перспективного направления распоряжения канализационными осадками. / Экологический фонд "Вода Евразии" [Электронный ресурс] - 2010. Режим доступа: http://www.ecofond.ru/obzor/4vibor. htm Дата доступа: 15.03.2010.

2. Традиционные и перспективные методы использования и уничтожения осадков. / Экологический фонд "Вода Евразии" [Электронный ресурс] - 2010. Режим доступа: http://www.ecofond.ru/traditional. htm Дата доступа: 15.03.2010.

3. Мягков, М.И. Высокотемпературная обработка сточных вод. / М.И. Мягков. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1983. - 96с.

4. Сточные воды/ Канализация. [Электронный ресурс] - 2010. Режим доступа: http://www.clickpilot.ru/ canaliz. php? wr=253-304. Дата доступа: 12.03.2010.

5. Материал об камере / Конструкторско-технологический филиал Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева. [Электронный ресурс] - 2009. Режим доступа: http://www.sibai.ru/content/view/447/566/. Дата доступа: 26.04.2009.

6. Левчук, Н.В., Вдовиченко, И.Г. Экологические аспекты применения взрывных камер. / Н.В. Левчук, И.Г. Вдовиченко // Сахаровские чтения 2009 года: экологические проблемы XXI века: материалы 9-ой междунар. науч. конф., Минск, 21-22 мая 2009г. / под ред. С.П. Кундаса. - Минск: МГЭУ им.А.Д. Сахарова, 2009. - 300с.

7. Взрывная камера для сушки прессования осадка сточных вод очистных сооружений / Левчук Н.В., Вдовиченко И.Г.; заявитель Брестск. гос. техн. ун-т - заявка на патент а 20091317 от 2009.09.14.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Характеристика камер приемной и Вентури, блоков технических емкостей, минерализаторов, иловых площадок. Рассмотрение методов обработки осадков сточных вод. Проведение расчета количества ила, метантенков, обезвоживания, обеззараживания сточных вод.

    дипломная работа [1,4 M], добавлен 19.03.2010

  • Состав сточных вод, их свойства и санитарно-химический анализ. Количество осадков, образующихся на очистных сооружениях (аэрациях). Самоочищающая способность водоема. Допустимые изменения состава воды в водотоках после выпуска в них очищенных сточных вод.

    курсовая работа [114,3 K], добавлен 08.12.2014

  • Характеристика сточных вод. Тяжелые металлы и специфические органические соединения. Основные способы очистки сточных вод, физические и химические методы. Параметры биологической очистки. Бактериальное сообщество очистных сооружений, их строение.

    курсовая работа [3,6 M], добавлен 31.03.2014

  • Характеристика и источники образования сточных вод. Обоснование технологической схемы их очистки. Способы удаления азота и фосфора. Использование сооружений по обработке осадков. Расчет аэротенка, нитрификатора, системы аэрации и вторичного отстойника.

    курсовая работа [895,9 K], добавлен 26.08.2014

  • Исследование качественного и количественного состава сточных вод, поступающих на очистку, и сбрасываемых в водоем. Определение показателей реки Сухона в связи со спуском в нее сточных вод г. Тотьма. Анализ технологических процессов очистки сточных вод.

    дипломная работа [89,8 K], добавлен 12.06.2010

  • Принципиальная схема очистных сооружений. Показатели загрязненности сточных вод и технология их очистки. Классификация биофильтров и их типы, процесс вентиляции и распределение сточных вод по биофильтрам. Биологические пруды для очистки сточных вод.

    реферат [134,5 K], добавлен 15.01.2012

  • Основные процессы производства сульфитной целлюлозы. Общие показатели загрязненности сточных вод от окорки древесины. Состав промышленных сточных вод кислотного цеха. Сооружения биологической очистки. Локальная и централизованная очистка сточных вод.

    реферат [92,7 K], добавлен 09.02.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.