В процессе очистки сточных вод образуются осадки, объем которых может достигать 10-25 % объема сбрасываемых вод. Осадки образуются в первичных отстойниках при механической очистке, во вторичных отстойниках после биофильтров, из которых вымывается биопленка, а также после аэротенков, из которых непрерывно выносится активный ил. На предприятиях пищевой промышленности образуются осадки преимущественно органического состава, основными компонентами которых являются углеводы, белки, жироподобные вещества. Осадки имеют высокую влажность (92-99 %), кроме того, они насыщены различными микроорганизмами, что представляет опасность в санитарном отношении.

Сырые осадки трудно транспортировать, нельзя использовать в качестве удобрения или для других целей, поэтому они подлежат обработке. К основным способам предварительной обработки утилизируемых осадков относятся: уплотнение, стабилизация, обезвоживание, обеззараживание.

Уплотнение осадков проводят в основном гравитационным методом в вертикальных или радиальных уплотнителях, в которых влажность осадков снижается до 85-92% после 4-24 ч пребывания в аппаратах.

Более эффективным методом уплотнения является флотационный . Степень уплотнения осадков во флотационных уплотнителях в 5-10 раз выше по сравнению с гравитационными уплотнителями.

Стабилизацию осадков проводят путем их анаэробного сбраживания в метантенках или аэробной минерализации в аэротенках-стабилизаторах.

Метантенк (рис. 38) представляет собой герметичный резервуар периодического действия, в который закачивают осадки преимущественно органического состава. Обычно в метантенки подают смесь сырого осадка из первичных отстойников и уплотненного активного ила и биопленки из вторичных отстойников.

Для ускорения процессов брожения используют подогрев осадка острым паром до температуры 33 С (мезофильный режим) или до 53 С (термофильный режим). Режим подогрева выбирают с учетом санитарных требований и методов последующей обработки и утилизации осадка. В результате сбраживания, протекающего с участием анаэробных микроорганизмов, происходит распад органических веществ осадка, уменьшение его объема и влажности. При этом на 1 м 3 загруженного осадка образуется около 10 м 3 горючей газовой смеси, состоящей из метана (63-64 %), диоксида углерода (32-33 %) и азота (3-5 %). Образование метана обусловлено распадом белков и жиров, а диоксида углерода – разложением углеводов. Образующаяся горючая смесь может быть использована в качестве топлива.

Рис. 19. Схема метантенка:

1 – трубопровод для подачи осадка; 2 – трубопроводы для выпуска сброженного осадка; 3 – устройство для выпуска газа; 4 – устройства для перемешивания бродящей массы осадка; 5 – трубопровод для подводатеплоносителя

Одним из важных факторов, обусловливающих нормальное брожение в метантенке, является активная реакция среды рН, которая должна быть в пределах 7,2-7,6. При рН ниже 7 начинается вспенивание осадка, появляется сероводород, снижается выход метана, что замедляет процесс распада осадка.

На скорость и величину газообразования, помимо рН среды, влияет температура, состав и доза осадка.

Эмпирическая формула, выражающая зависимость между величинами газоотдачи и дозой загрузки, представлена в следующем виде:

где q – количество газа, выделяющегося на 1 м 3 загруженного осадка, м 3 ;

а – эмпирический коэффициент, зависящий от процентного содержания жира в осадке (а = 32,5-42,5 при содержании жира от 15,5 до 25,0%);

К – доза загрузки осадка в процентах от рабочего объема метантенка (К = 8-15% в зависимости от режима брожения).

Метан, образующийся при сбраживании осадка, можно использовать качестве топлива в котельных установках, а диоксид углерода – для получения жидкой углекислоты. Для удаления газа из метантенков устраивают специальную газовую сеть.

Аэробную минерализацию осадков производят путем их длительного аэрирования в специальных сооружениях – аэротенках-стабилизаторах, где происходит окисление органических примесей и самоокисление биомассы. Продолжительность стабилизационной обработки составляет 8-10 суток, в результате чего концентрация органических веществ в осадке снижается на 25-40%, количество бактерий – на 95-98%.

Обезвоживание осадков проводят с целью снижения их влажности путем подсушивания на иловых площадках или с применением фильтр-прессов, вакуум-фильтров и других устройств.

Иловые площадки представляют собой спланированные площадки земли (карты), окруженные со всех сторон земляными валами, по которым проложены лотки для подвода осадка. Площадки имеют естественное или искусственное дренирующее основание. Сырой или сброженный осадок периодически подают на карты слоями толщиной 0,20-0,25 м в летнее время и 0,5 м в зимнее. Часть влаги теряется за счет испарения, часть фильтруется через грунт, в результате чего влажность осадка снижается до 75-80 %, объем уменьшается в 3-5 раз. Нагрузка на 1 м 2 основания иловых площадок составляет 2,0-3,5 м 3 /год осадка при толщине слоя одноразового выпуска не более 0,5 м.

Полезную площадь иловых площадок определяют по формуле:

где V ос – объем осадка, подаваемого на иловые площадки, м 3 /год;

К – нагрузка, т.е. количество осадка в м 3 , приходящегося на 1 м 2

площади в год.

Более эффективным является обезвоживание осадков в специальных устройствах, из которых наиболее простыми и надежными в эксплуатации являются ленточные фильтр-прессы .

Горизонтальный ленточный фильтр-пресс (рис. 38)состоит из нижней горизонтальной фильтрующей ленты и верхней прижимной ленты. Отжим и фильтрование осадка происходит в пространстве между этими лентами. Обезвоженный осадок срезается ножом и сбрасывается на транспортер. Фильтрованием на фильтр-прессах удаляют до 98 % связанной в осадках воды.

Высушенные осадки можно использовать как топливо или удобрение.

Рис. 38 Схема горизонтального ленточного фильтра:

1 – подача осадков; 2 – прижимная лента; 3 – устройство для снятия обезвоженного осадка; 4 – резервуар для осадка; 5 – подача промывной воды; 6 – отвод промывной воды; 7 – фильтрат; 8 – фильтрующая лента.

Метод сжигания осадков применяют в том случае, если они содержат токсичные примеси или их утилизация нецелесообразна.

Организация контроля качества воды. Контроль процессов предварительной обработки воды. Контроль процесса коагулированием. Контроль процессов осветления воды в отстойниках и осветлителях со взвешенным осадком. Контроль процесса фильтрования воды. Контроль процессов обеззараживания воды.

Обработка осадков природных вод.

Методы и процессы обработки осадков. Утилизация осадков.

Системы водоснабжения промышленных предприятий

Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения

Научные основы процесса охлаждения воды. Системы циркуляции воды. Тепловой расчет. Основные сооружения. Брызгальные бассейны. Градирни. Водохранилища-охладители. Основы теплового расчета. Сравнение и выбор устройств. Обработка охлаждающей воды. Причины и виды зарастания труб и охлаждающих аппаратов. Методы борьбы с биообрастанием систем водяного охлаждения. Понятие о стабильности воды, способы определения. Научные основы и химизм процессов коррозии металлов. Магнитная обработка воды. Причины и виды загрязнений конденсата тепловых станции. Методы удаления из конденсата меди и железа, масел.

Дегазация воды

Сущность процесса и методы удаления из воды растворенных газов. Технология и аппаратура физических химических и биологических методов дегазации воды.

Умягчение воды

Технологические основы процесса. Методы умягчения воды. Термический метод, установки. Реагентный метод, технологические схемы, параметры установок. Термохимический метод. Умягчение воды катионированием. Сущность процесса, катиониты, технологические схемы. Конструкции катионитовых фильтров, их регенерация. Умягчение воды диализом, электрохимическим способом. Обоснование выбора метода умягчения воды.

Обессоливание воды

Сущность процесса, классификация, область применения. Обессоливание воды дистилляцией. Ионитовое обессоливание воды. Получение ультрачистой воды. Обессоливание воды электродиализом. Обессоливание воды обратным осмосом. Сущность процессов, область применения, аппаратное оформление. Технико-экономическая оценка методов обессоливания воды.

Удаление из воды кремниевой кислоты

Технология удаления из воды кремниевой кислоты. Сорбционное обескремниевание воды. Сущность метода, реагенты, технологическая схема, сооружения и их расчет. Фильтрационное обескремниевание. Обескремниевание анионитами. Сущность метода, схемы, сооружения и расчет. Технико-экономическая оценка методов обескремневания воды.

Особенности водоснабжения предприятий различных отраслей промышленности

Системы и схемы водоснабжения тепловых электростанций. Водоснабжение предприятий черной и цветной металлургии, коксохимического производства. Водоснабжение доменного, сталеплавительного, прокатных цехов металлургического комбината.

Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов

Принципы создания замкнутых систем производственного водоснабжения. Экономические и экологические преимущества замкнутых систем водоснабжения.

Санитарно-гигиеническая оценка оборотных вод. Использование сбросных вод в водоснабжении промышленных предприятий, комплексов и районов. Методы очистки сбросных вод используемых в замкнутых системах водоснабжения. Формирование солевого состава воды в оборотных системах водоснабжения и стабилизация ионного состава оборотной воды. Очистка сбросных вод на локальных установках. Коагулирование примесей сбросных вод. Адсобционная, экстракционная и термическая обработка сбросных вод. Третичная очистка сбросных вод и корректировка их минерального состава. Деминерализация и умягчение сбросных вод после их адсорбционной доочистки.

ВОДООТВЕДЕНИЕ

Удаление сточных вод с территории населенных мест и промышленных предприятий для охраны чистоты почвы, воздуха, воды. Взаимосвязь водоотведения с водоснабжением, городским благоустройством и промышленным строительством. Санитарное, экономическое и экологическое значения водоотведения. Развитие систем водоотведения в Казахстане, в странах ближнего и дальнего зарубежья. Комплексное решение проблем водоснабжения, водоотведения, обводнения, орошения.

Решения Правительства Республики Казахстан по повышению благоустройства жилищ, улучшению бытовых условий населения. Достижения науки и техники в области водоотведения. Перспективы и пути развития строительства систем водоотведения в Казахстане.

В учебнике освещены способы определения эффективности работы водоочистных и водоподготовительных сооружений, а также установок по обработке осадка. Рассмотрены методы и технологии лабораторно-производственного контроля за качеством природных, водопроводных и сточных вод. Второе издание учебника под одноименным названием вышло в 1986 г.

Для студентов строительных техникумов, обучающихся по специальности 2912 «Водоснабжение и водоотведение».- Релиз группы -

Раздел 1. Технологический контроль процессов обработки природных, питьевых и технических вод.....................................7

1.1. Оценка качества природных и технических вод..............7

1.2. Лабораторно-производственный контроль качества воды в системах хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения....................................13

1.3. Контроль предварительной обработки воды, процессов коагулирования, отстаивания, фильтрования.....18

1.4. Контроль процессов обеззараживания воды...................25

1.5. Контроль процессов фторирования, обесфторивания, обезжелезивания воды, удаления марганца...........................29

1.6. Контроль процессов стабилизационной обработки воды. Удаление газов: кислорода, сероводорода...................31

1.7. Контроль процессов умягчения, опреснения и обессоливания воды.............................................................36

1.8. Контроль гидрохимического режима работы оборотных систем охлаждающего водоснабжения................41

1.9. Контроль процесса охлаждения воды.............................46

1.10. Упражнения и задачи.....................................................49

Раздел 2. Технологический контроль процессов очистки сточных вод..................................................................................70

2.1. Общие положения............................................................70

2.2. Классификация сточных вод. Виды загрязнений и методы их удаления.............................................................75

2.3. Контроль процессов механической очистки сточных вод.............................................................................83

2.4. Контроль работы сооружений аэробной биологической очистки сточных вод.....................................89

2.5. Контроль процессов доочистки и обеззараживания сточных вод........................................................................... 101

2.6. Контроль процессов обработки осадков. Процессы метанового брожения и контроль работы метантенков...... 108

2.7. Контроль работы сооружений обезвоживания и сушки осадка......................................................................122

2.8. Контроль процессов обработки промышленных стоков и методов извлечения из них вредных веществ......126

2.9. Контроль деструктивных методов очистки промышленных сточных вод................................................ 132

2.10. Упражнения и задачи................................................... 135

Заключение.................................................................................. 150

Литература..................................................................................151

Основная............................................................................... 151

Дополнительная....................................................................152

Суспензии, выделяемые из отработанных и сточных вод в про­цессе их механической, биологической и физико-химической (ре - агентной) очистки, представляют собой осадки.

Свойства осадков целесообразно разделить на характеризующие их природу и структуру, а также обусловливающие их поведение в процессе обезвоживания.

Влияние исходного качества воды на эффект обеззараживания	Сростом мутности, цветности и рН ухудшается	При наличии в воде органических веществ бактерицидный эффект не изменяется	С ростом концентрации взвешенных веществ бактерицидная активность падает	С ростом концентрации взвешенных веществ, температуры, солевого состава приуменьшается	Наличие взвешенных веществ резко снижает эффект обеззараживания	Не влияет
Влияние на органолептические свойства воды	Улучшает: окисляет фенолы до продуктов, не обладающих хлорфенольными запахами	Ухудшает: запах йода, которыйулетучивается через 40-50 мин	Улучшает: устраняет запахи	Не влияет	Не влияет	Улучшает: уничтожает запах
Период после действия	Сутки и более в зависимости от дозы			90-150сутв зависимостиот дозы		На кишечную палочку не действует
Время обеззараживания, мин					Мгновенно
Метод	Хлорирование	Йодирование	Озонирование	Обработка ионами серебра	Обработка УФ-лучами	Гамма-облучение

Постоянной массы. В жидких осадках оно приблизительно близ­ко к концентрации взвешенных веществ, определяемых фильтро­ванием или центрифугированием.

В гидрофильных органических осадках этот показатель часто близок к содержанию органических веществ и характеризует со­держание азотистых веществ.

Элементарный состав особенно важен для органических осад­ков, в первую очередь по таким показателям, как содержание: углерода и водорода для определения степени стабилизации или установления общей кислотности; азота и фосфора для оценки удобрительной ценности осадка; тяжелых металлов и др.

Для неорганических осадков часто полезно определять содер­жание Fe, Mg, А1, Сг, солей Са (карбонатов и сульфатов) и Si.

Токсичность. Металлы, содержащиеся в осадках производствен­ных сточных вод (медь, хром, кадмий, никель, цинк, олово), ток­сичны. Они обладают способностью вызывать в организме чело­века различные виды биологических эффектов - общетоксичный, мутагенный и эмбриотоксический. Степень токсичности и опас­ности различных металлов неодинакова и может быть оценена по Величинам среднелетальных доз для лабораторных животных. Ре­зультаты опытов показывают, что наиболее токсичными для жи­вотных являются хром и кадмий.

Согласно принятым в настоящее время предельно допустимым концентрациям, учитывающим наряду с токсичностью и кумуля­тивные свойства веществ, наибольшую опасность для здоровья населения представляют кадмий, хром, никель; менее опасными являются медь и цинк.

Осадки очистных сооружений гальванических производств, содержащих оксиды тяжелых металлов, относятся к четвертому классу опасности, т. е. к малоопасным веществам.

Формирование осадков с заданными свойствами начинается с выбора тех методов очистки, которые обеспечивают возможность утилизации или безопасного складирования осадков, сокращение затрат на их обезвоживание и сушку.

Возможность безопасного складирования осадков сточных вод определяется следующими характеристиками и свойствами осад­ков: кажущейся вязкостью и связанной с ней текучестью осадков, а также характером воды, содержащейся в осадке.

Кажущуюся вязкость и связанную с ней текучесть осадков мож­но рассматривать как меру интенсивности сил взаимосвязи меж­ду частицами. Она также позволяет оценить тиксотропный харак­тер осадка (способность осадка образовывать гель в состоянии покоя и возвращать текучесть даже при слабом встряхивании). Это свойство очень важно для оценки способности осадка к сбору, транспортированию и перекачиванию.

Иловая суспензия не является ньютоновской жидкостью, по­скольку найденное значение вязкости очень относительно и за­висит от приложенного напряжения сдвига.

Характер воды, содержащейся в осадке. Эта вода представляет собой сумму свободной , которая может быть легко удалена, и связанной, включающей коллоидальную гидратную воду, капил­лярную, клеточную и химически связанную воду. Выделение связан­ной воды требует значительных усилий. Например, клеточная вода сепарируется только тепловой обработкой (сушкой или сжиганием).

Приблизительное значение этого соотношения может быть получено термогравиметрически, т. е. построением кривой поте­ри массы образцом уплотненного осадка при постоянной темпе­ратуре и обработке в соответствующих условиях. Точку, в кото­рой термограмма имеет перелом, можно определить построением зависимости К= f (5"), где V- скорость сушки, г/мин; S - Содержание сухого вещества в образце, % (рис. 2.6).

Соотношение между свободной и связанной водой является решающим фактором в оценке способности осадка к обезвожи­ванию.

Из рис. 2.6 видно, что первая критическая тока определяет количество воды, способной удаляться из осадка при постоянной скорости сушки (фаза 1), и представляет собой содержание сухо­го вещества в осадке после потери свободной воды. Далее удаля­ется связанная вода: сначала до точки S 2 при линейной связи сни­жения скорости сушки с ростом содержания сухого вещества (фа­за 2), а затем - при более резком уменьшении темпов снижения скорости сушки (фаза 3).

К этим факторам относятся: способность к уплотнению; удель­ное сопротивление; числовые характеристики сжимаемости осадка под влиянием увеличивающегося давления (сжимаемость осадка); определение максимального процентного содержания сухого ве­щества в осадке при данном давлении .

Способность к уплотнению определяется из анализа седимен - тационной кривой для осадка. Эту кривую вычерчивают на ос­новании лабораторных исследований в сосуде, оборудованном медленно работающей мешалкой. Кривая характеризует степень разделения массы осадка в сосуде в зависимости от времени пре­бывания в нем.

Важнейшим показателем способности осадков сточных вод во влагоотдаче является удельное сопротивление. Величина удельно­го сопротивления (г) является обобщающим параметром и опре­деляется по формуле

Где Р- давление (вакуум), при котором происходит фильтрова­ние осадка; F - площадь фильтрующей поверхности; ri - вязкость фильтрата; С - масса твердой фазы осадка, отлагающегося на фильтре при получении единицы объема фильтрата;

Здесь т - продолжительность фильтрования; V- объем выде­ляемого осадка.

Влажность. Этот параметр учитывает изменение состава и свойств осадка в процессе их обработки и складирования.

Сжимаемость осадка. С увеличением перепада давления поры кека исчезают и возрастает сопротивление фильтрованию. Коэф­фициент сжимаемости осадка (S ) определяют по формуле

gr 2 -gr {

Lgp2-lgi?" (2-5)

Где г, и г2 - удельное сопротивление осадка, вычисляемое по фор­муле (2.3) соответственно при давлении />, и Р2.

Скорость фильтрования воды будет увеличиваться, оставаться постоянной или уменьшаться при увеличении Р в соответствии с тем, будет ли значение Sменьше, равно или больше единицы.

Нерастворимые кристаллические вещества обычно сжимают­ся с трудом (5близко к 0 или < 0,3). Суспензии с гидрофильны­ми частицами имеют высокую сжимаемость (5> 0,5, достига­ющий, а иногда превышающий 1,0).

Для многих видов органических осадков существует даже «кри­тическое давление», выше которого поры кека закрываются на­столько, что дренирование становится невозможным. Например, для осадка городских сточных вод фильтрование под давлением выше 1,5 МПа почти безрезультатно. Вот почему полагают, что постепенное увеличение давления имеет некоторые преимущества, задерживая уплотнение кека.

Максимальное содержание сухого вещества в осадке при данном давлении. Влага в осадках может находиться в химической, физи­ко-химической и физико-механической связи с твердыми части­цами, а также в форме свободной влаги. Чем больше связанной влаги в осадке, тем больше энергии нужно затратить для ее уда­ления. Увеличение водоотдачи осадков достигается перераспреде­лением форм связи влаги с твердыми частицами в сторону увели­чения свободной и уменьшения связанной влаги различными ме­тодами обработки.

Исследования зависимости коэффициента фильтрации осадков от их влажности показали, что с уменьшением влажности осад­ков снижаются и значения коэффициента фильтрации. При этом можно отметить определенные значения влажности осадков, ниже которых коэффициент фильтрации мало зависит от влажности. Для гидроксидных осадков сточных вод гальванопроизводств она
лежит в области 67-70%, а для осадков после гальванокоагуляци - онной обработки сточных вод - в области 50-55%.

Прочность. Использования одного критерия влажности для прогнозирования возможности хранения шламов, образующихся при очистке сточных вод, недостаточно. Поэтому для оценки воз­можности складирования осадков используются их прочностные характеристики - прочность на срез и несущая способность, ток­сичность, вымываемость, влажность, устойчивость (прочность) и фильтруемость.

Вымываемость. Тяжелые металлы содержатся в осадках в виде гадроксидов или труднорастворимых солей, например карбонатов, фосфатов, хроматов, сульфидов и др. Использование литератур­ных данных о растворимости соединений металлов в воде не по­зволяет с достаточной точностью определить класс опасности осадков, так как при этом не учитываются сложные физико-хи­мические процессы, протекающие при складировании осадков. Более надежные данные можно получить путем исследований осадков сточных вод на вымываемость.

Количество вымываемых загрязнений зависит от многих фак­торов. С точки зрения фазового состава осадки сточных вод мо­гут быть охарактеризованы как кристаллическая решетка с раство­римыми и полурастворимыми составляющими и порами, запол­ненными жидкостью. Жидкая фаза осадков содержит осадочные количества тяжелых металлов и растворенные соли в виде анио­нов SO4 , СГ, СО2" и др. При складировании осадка происходит физико-химическое старение гидроксидов металлов, в результате чего в жидкую фазу переходят десорбированные катионы и анио­ны, уменьшается значение рН и возрастает солесодержание, спо­собствующее снижению произведений растворимости гидро­ксидов. При воздействии на осадок выщелачивающей жидкости растворяются полурастворимые соединения, например гипс, что также приводит к повышению солесодержания жидкой фазы. Если выщелачивающая жидкость содержит ангидриды кислот (серной, угольной, азотной), значение рН также снижается.

Экспериментальное определение вымываемости осадков осу­ществляется в статических и динамических условиях. Сущность статического исследования заключается в замачивании образцов осадка в дистиллированной воде без перемешивания и замены воды с последующим контролем содержания вымываемого ком­понента в воде в течение 6-12 месяцев. Динамическим экспери­ментом предусматривается хранение образцов в естественных условиях на специально оборудованных площадках, где они под­вергаются всем видам внешних атмосферных воздействий (дож­ди, замораживание и т. п.). Вымывание элемента контролируется как в пробах воды, отводимой с площадки, так и по его убыли в осадке за время эксперимента (6-12 месяцев и более).

Водоотдача осадков во многом зависит от размеров их твердой фазы. Чем мельче частицы, тем хуже водоотдача осадков. Орга­ническая часть осадков быстро загнивает, при этом увеличивает­ся количество коллоидных и мелкодисперсных частиц, вследствие чего снижается водоотдача.

На рис. 2.7 показан типовой граф процессов, применяемых для обработки осадков сточных вод.

Современными техническими средствами можно добиться любой степени уменьшения влажности.

В настоящее время применяют (см. рис. 2.7) четыре метода уплотнения и сгущения осадков: гравитационное, флотационное, сгущение в центробежном поле и фильтрование.

Гравитационное уплотнение является наиболее распространен­ным методом уплотнения осадков. Оно просто в эксплуатации и сравнительно недорого. Время уплотнения устанавливается экс­периментально и может быть самым различным - от 2 до 24 ч и более.

С целью снижения продолжительности уплотнения, получения осадка с меньшей влажностью и уменьшения выноса взвешенных веществ из уплотнителя применяют различные приемы: переме­шивание в процессе уплотнения, цикличное сгущение, коагуля­цию, совместное уплотнение различных видов осадков и термо­гравитационный метод.

При перемешивании осадка во время уплотнения происходит частичное разрушение сплошной пространственной структуры осадка. Лопасти мешалки, раздвигая оторванные друг от друга части структурированного осадка, создают условия для беспре­пятственного выхода свободной влаги, ранее захваченной и удер­живаемой пространственной структурой осадка. Медленное пе­ремешивание способствует сближению отдельных частиц осад­ка, что приводит к их коагуляции с образованием крупных агрегатов, которые более интенсивно уплотняются под действи­ем собственной массы.

На рис. 2.8 представлена зависимость степени сгущения осад­ка от продолжительности и скорости перемешивания в стержне­вой мешалке .

Максимальный эффект уплотнения был достигнут при скорос­тях перемешивания конца лопастей мешалки 0,04 м/с, содержание взвешенных веществ в осветленной воде не превышало 50 мг/дм3.

Цикличное сгущение осуществляется путем последовательно­го накапливания сгущенного осадка от нескольких циклов сгуще­ния при медленном перемешивании стержневой мешалкой и от­качивании осветленной воды после каждого цикла сгущения. Эффективность процесса циклического сгущения можно объяс­нить тем, что при росте гидростатического давления, определя­емого числом последовательных циклов сгущения осадка, и мед­ленном механическом перемешивании более интенсивно, чем при одноразовом наливе, наблюдается вторичное образование хлопь­ев в скоагулированном ранее осадке, которое приводит к утяже­лению хлопьев и ускорению уплотнения осадка.

Увеличение гидростатического давления вышележащих сло­ев сгущенного осадка на нижележащие приводит к деформации структуры осадка, сопровождающейся переходом части воды, связанной в хлопьевидных структурах осадка, в свободную воду, удаляемую фильтрацией через поровое пространство слоя сгу­щенного осадка.

В качестве коагулянтов применяют различные минеральные и органические соединения. В системе реагентного хозяйства контролируют качество растворов реагентов (хлорного железа и извести) по концентрации в них активного агента. Тщательный контроль растворов реагентов необходим, так как их избыток не улучшает фильтруемости осадков, в то же время перерасход де­фицитных веществ влечет за собой необоснованное удорожание стоимости эксплуатации.

При термографическом методе уплотнения осадок подвергается нагреву. Во время нагрева гидратная оболочка вокруг частицы осадка разрушается, часть связанной воды переходит в свободную, а поэтому процесс уплотнения улучшается. Оптимальная темпе­ратура нагрева активного ила сточных вод гидролизных заводов составляет 80-90°С. После нагревания в течение 20-30 мин с по­следующей выдержкой ила и уплотнением его влажность сни­жается с 99,5 до 96-95%. Общее время обработки составляет 50-80 мин.

Флотация. Достоинство этого метода состоит в том, что его можно регулировать путем оперативного изменения параметров. К недостаткам метода относятся более высокие эксплуатационные затраты и невозможность накопления большого количества осад­ка в уплотнителе.

Обычно применяют импеллерную, электро - и напорную фло­тацию. Последняя получила наибольшее распространение.

При проектировании флотационного уплотнителя назначают удельную нагрузку по сухому веществу 5-13 кг/(м2 х ч) и гидрав­лическую нагрузку менее 5 м3/(м2 х ч); концентрацию уплотнен­ного осадка принимают: без полиэлектролитов 3-4,5% по сухому веществу, с применением полиэлектролитов 3,5-6% в соответ­ствии с дозой полиэлектролита и нагрузкой.

Объем накопителя осадка должен быть рассчитан на несколь­ко часов, так как по истечении этого времени пузырьки воздуха выходят из осадка и он вновь приобретает нормальную удельную массу.

Фильтрационное уплотнение. Фильтрование чаще всего ис­пользуется как метод механического обезвоживания осадков, а для их сгущения применяется крайне редко. Распространены следующие типы современных уплотнительных фильтров: бара­банный фильтр, барабанный сетчатый фильтр и фильтрующий контейнер.

Для анаэробного сбраживания обычно используют два темпе­ратурных режима: мезофильный при температуре 30-35°С и тер­мофильный при температуре 52-55°С.

Контроль процессов метанового брожения включает систему замеров и анализов твердой, жидкой и газообразной фаз. Замер количества поступающих осадков и активного ила по объему по­зволяет рассчитать суточную дозу загрузки метантенка по объему Д в %. Общий объем метантенка принимают за 100%. Объем по­ступающих осадков за сутки, выраженный в процентах от общего объема метантенка, и составляет объемную дозу загрузки соору­жения. Эта величина может быть выражена либо в процентах от полного объема метантенка, либо в долях от единицы его объема, т. е. в м3 осадка, приходящегося на 1 м3 объема за сутки. Напри­мер, если доза Д = 8%, то второй вариант выражения этой вели­чины 0,08 м3/(м3 х сут).

Принимают, что в процессе сбраживания объем осадка и об­щее количество поступившей в метантенк воды не изменяются. Таким образом, в учете пренебрегают количеством влаги, посту­пающей с перегретым паром (используемым для нагрева сбражи­ваемой массы), а также теряющейся с удаляемыми газами бро­жения.

Не реже 1-2 раз в неделю для поступающих и сброженных осад­ков выполняют анализы с определением их влажности и зольнос­ти. Зная влажность и зольность исходных осадков, а также Д, нетрудно подсчитать дозу загрузки метантенка по беззольному веществу Дбз. Эта величина, измеряемая в килограммах беззольно­го вещества, приходящегося на 1 м3 объема сооружения за сутки, аналогична нагрузке на единицу объема, определяемой для аэро­тенков. В зависимости от вида загружаемых осадков и их характе­ристик по влажности и зольности величина Д63 колеблется в ши­роких пределах: для мезофильного режима сбраживания от 1,5 до 6 кг/(м3 х сут), а для термофильного - от 2,5 до 12 кг/(м3 х сут).

При эксплуатации метантенков химический анализ осадков на содержание газообразующих компонентов, а также фосфатов, СПАВ, азота общего выполняют обычно один раз в квартал (реже один раз в месяц). Анализ делают из средних проб, набираемых за период исследования. Используют высушенные осадки, оста­ющиеся после определения влажности.

Учет количества газов брожения производят непрерывно с ис­пользованием приборов автоматической регистрации. Химический анализ состава газов выполняют один раз в декаду или в месяц. Определяют СН4, Н2, С02, N2 и 02. Если процесс проходит устой­чиво, то содержание Н2 - продукта первой фазы брожения - не должно превышать 2%, содержание С02 должно быть не более 30-35%. При этом кислород должен отсутствовать, так как ука­занный процесс строго анаэробный. Присутствие кислорода об­наруживается только из-за несоблюдения полной изоляции от атмосферного воздуха приборов, применяемых для анализа. Ко­личество метана обычно составляет 60-65%, азота - не более 1-2%. Если обычные соотношения в составе газов изменяются, то причины следует искать в нарушении режима брожения.

Глубокие и длительные изменения в составе газов, выража­ющиеся в уменьшении процентного содержания метана и увели­чении содержания углекислоты, могут быть свидетельством «за - кисания» метантенка, что обязательно отразится и на химическом составе иловой воды. В ней в большом количестве появятся про­дукты кислой фазы, в частности низшие жирные кислоты (НЖК), при одновременном снижении щелочности иловой воды, опреде­ляемой кроме НЖК содержанием карбонатных и гидрокарбонат­ных соединений.

При этом наблюдается резкое падение выхода газа с единицы объема загружаемого осадка и снижение величины рН до 5,0. В газах кислого брожения появляется сероводород H2S, убывает метан СН4 и сильно повышается концентрация углекислоты С02. Все это сопровождается образованием пены и накоплением плот­ной корки внутри метантенка.

При устойчивом режиме брожения содержание НЖК в иловой воде находится на уровне 5-15 мг-экв/дм3, а величина щелочно­сти - 70-90 мг-экв/дм3. Сумма всех органических кислот опре­деляется через эквивалент уксусной кислоты, а щелочность - че­рез эквивалент гидрокарбонат-иона.

Химический состав иловой воды определяют 1-3 раза в неде­лю (по графику определения влажности осадков). В иловой воде, кроме того, определяют содержание азота аммонийных солей, появляющегося вследствие распада белковых компонентов. При нормальной работе метантенка концентрация азота аммонийных солей в иловой воде составляет от 500 до 800 мг/дм3.

По данным анализов и замеров делают ряд расчетов, в резуль­тате которых определяют Д и Д63, процент распада беззольного вещества осадков Р63 (учтенный по изменению влажности и золь­ности), а также по выходу газа Рг, выход газа с 1 кг загруженного сухого вещества и 1 кг сброженного беззольного вещества и рас­ход пара на 1 м3 осадка.

Причинами нарушений нормального брожения могут быть: высокая доза загрузки метантенка свежим осадком, резкое коле­бание температуры и загрузка в метантенк загрязнений, не под­дающихся сбраживанию. В результате воздействия этих причин угнетается деятельность метанпродуцирующих микроорганизмов и снижается интенсивность процесса сбраживания осадка.

Учет работы метантенка производится по форме, данной в табл. 2.17.

При пусконаладочных работах прежде всего проверяется гер­метичность метантенков, наличие предохранительных клапанов, а также наличие и работоспособность перемешивающих устройств; обращается внимание на возможность появления искр вследствие возможного задевания стальных вращающихся частей о неподвиж­ные детали конструкций.

Таблица 2,17 Ведомость месячного учете работы метантенков

Для автоматизированного контроля технологических пара­метров действующих метантенков применяют следующие при­боры.

1. Приборы контроля загазованности помещений и сигнализа­ции взрывобезопасного (до 2%) содержания газов в воздухе. Дат­чик сигнализатора устанавливают на стене в помещении инжек­торной, а показывающий прибор - на щите управления, который может быть удален от датчика на расстояние до 500 м. При до­стижении аварийной концентрации метана в воздухе автоматичес­ки включается аварийный вентилятор и звуковой (световой) сиг­нал аварии.

2. Прибор контроля температуры осадка. Он включает первич­ный прибор - медное или платиновое термосопротивление в гиль­зе, заделанной в резервуар метантенка, и вторичный прибор на щите управления.

3. Для измерения расхода газа от метантенков в качестве пер­вичного преобразователя используется мембранный или колоколь­ный дифманометр, а в качестве вторичного - самописец. Коли­чество выделяемого газа регистрируют ежедневно.

Кроме того, в типовых проектах метантенков предусматрива­ют измерение температуры газа в газопроводах от каждого метан­тенка и измерение давления газа.

Контроль процессов метанового брожения проводят для до­стижения следующих целей:

Сокращение продолжительности сбраживания при достиже­нии заданной степени распада для уменьшения объемов сооруже­ний, а следовательно, капитальных затрат;

Повышение количества биогаза, выделяющегося в процессе брожения, с целью использования его для сокращения затрат на обогрев самих метантенков и дополнительного получения других видов энергии;

Увеличение содержания метана в биогазе для повышения его теплоты сгорания и эффективности утилизации;

Достижение хорошего уплотнения и водоотдающих свойств сброженного осадка для сокращения затрат на сооружения для его обезвоживания.

В ходе очистки сточных вод образуются осадки, которые представляют опасность в санитарном отношении. Их необходимо обрабатывать и/или утилизировать. Обработка осадков сточных вод производится следующими методами:

1. Стабилизация;
2. Уплотнение;
3. Кондиционирование;
4. Обезвоживание;
5. Деструкция;
6. Утилизация.

Выбор метода обработки зависит от вида и свойств осадков. По происхождению осадки можно классифицировать на:
1. Первичные:
1.1. грубые (образуются на решетках и ситах; влажность – 80%);
1.2. тяжелые (на песколовках; влажность – 60%);
1.3. плавающие (на отстойниках; влажность – 60%);
1.4. сырые (на первичных отстойниках и осветлителях; влажность около 93-95%);
2. Вторичные:
2.1. сырые (на вторичных отстойниках; влажность около 99,2-99,7%);
2.2. сброженные (на сооружениях стабилизации осадка; влажность - 97%);
2.3. уплотненные (на илоуплотнителях и осадкауплотнителях; влажность – 90-96 %%);
2.4. обезвоженные (на сооружениях обезвоживания; влажность – 68-75%);
2.5. сухие (после сушилок).

Так же осадки делят по степени опасности, токсичности:

1. Малоопасные;
2. Умеренно опасные;
3. Высоко опасные;
4. Чрезвычайно опасные.

Уплотнение и стабилизация осадков сточных вод

Уплотнение осадков сточных вод – это уменьшение их объема. Обычно применяется перед обезвоживанием. Может осуществляться на илоуплотнитеях (уплотнение активного ила) и осадкоуплотнители (уплотнение смеси из активного ила и сырого осадка, который образуется в первичных отстойников). Конструктивно уплотнители бывают двух видов: радиальные и вертикальные. Так же для уплотнения осадков применяют флотаторы (перед метантенками или тепловой обработкой).

Стабилизация осадков сточных вод бывает двух видов:
1. Анаэробная:
1.1. Метантенки (фирмы производители: R.Lach GmbH, KRESTA);
1.2. Септики (для отдельных зданий, без доступа к опщесплавной канализации) после которых вода обеззараживается и вывозится на полигон; (фирмы производители: GRAF, АВГУСТ-ЭКО, Akyop; УП «Полимерконструкция»).
1.3. Двухъярусные отстойники (при производительности до 10000 м3/сут; ;
1.4. Осветлители-перегниватели.
2. Аэробная:
2.1. Коридорный аэротенк;
2.2. Аэротенк продленной аэрации;
2.3. Аэротенк-вытеснитель.

Кондиционирование осадков сточных вод – обработка, которая улучшает их водоотдающие свойств, в результате которой увеличивается эффект последующего механического обезвоживания.
Способы кондиционирования:
1. Реагентные:
1.1 Коагуляция (соли железа, алюминия, известь);
1.2 Нейтрализация;
2. Тепловая обработка;
3. Оттаивание;

Обезвоживание осадков сточных вод — выделение из них влажной части, для максимальной просушки, осуществляется на:

1. Вакуум-фильтрах (фирмы-производители: Koch Industries, Игл Групп);
2. Виброфильтры;
3. Фильтр-прессы (Экотон);
4. Центрифуги (фирмы-производители Humbolt, Flottweq, Alfa, Laval);
5. Барабанные сушилки;
6. Сепараторы;
7. Сушилки со встречными струями;
8. Вакуум-сушильные установки;
9. Иловые площадки.

Деструкция осадков сточных вод осуществляется способами:

• «Мокрое» окисление;
• Сжигание;
• Пиролиз;
• Газофикация.

После обработки большинство осадков вывозится на полигон. Но не опасные в санитарном отношении осадки можно использовать, например для посадки леса или посыпки дороги зимой (осадок из песколовок). Раньше осадок из вторичных отстойников после обработки использовался в качестве удобрения для растений.