Любые сточные воды перед их сбросом в водоёмы или грунт должны проходить очистку. Степень очистки стоков перед их сбросом должна составлять не менее 95-98 %. Сегодня используются разные методики очистки стоков. Выбор метода зависит от состава сточных вод, их происхождения (хозяйственно-бытовые или промышленные). Однако при применении любого метода очищения образуются осадки сточных вод. В зависимости от используемой методики очистки осадок от стоков может использоваться в качестве удобрения или должен утилизироваться.

Во время очистки стоков образуется осадок, который состоит из воды и твёрдых составляющих. Осадок от бытовых стоков может скапливаться в двух резервуарах очистного сооружения:

• Большая часть осадка накапливается в первичном отстойнике. Обычно его объём равен 0,8 л в день от одного человека при влажности не менее 95 %.
• В резервуаре, где используются биохимические методы очистки стоков, то есть аэробная и анаэробная очистка, также скапливается небольшое количество плотных наслоений. Осадок, образующийся после аэробной очистки, можно использовать для удобрения садов и огородов. Что касается анаэробной очистки, то вещество на дне камеры нельзя применять как удобрение из-за его токсичности. В этом случае необходимо выполнять процесс утилизации осадков сточных вод.

Внимание: в зависимости от используемой технологии очистки объёмы осадочных отложений от производственных или бытовых стоков составляют от 0,5 до 10 % от их общего объёма.

Состав

Твёрдые составляющие отложений на дне – это органические вещества, которые занимают 60-80 % от общего объёма. Главными компонентами являются жировые составляющие, белковые элементы и углеводы. Они занимают 80-85 процентов от всего объёма органических веществ. Остальной объём – это лигнино-гумусовые компоненты.

Основные виды осадочных отложений:

• с минеральным составом;
• с органическими составляющими;
• смешанные.

В составе сырых отложений на дне очистных камер есть такие полезные вещества, как азот, калий и фосфор. Хоть эти компоненты и могут служить удобрениями, они довольно плохо усваиваются растениями.

Сырые отложения очень быстро загнивают и могут быть небезопасными в плане санитарии, ведь в них присутствуют вирусы, грибы, бактерии и яйца гельминтов. Если такие вещества надолго останутся в отстойниках и камерах очистного сооружения, то они быстро вызовут загнивание отложений с выделением газов. В итоге осадки сточных вод могут всплывать на поверхность в отстойнике и нарушать процессы отстаивания. Именно поэтому своевременно должна выполняться ликвидация осадков сточных вод, то есть вычищение их из камеры, обезвоживание и обеззараживание.

Осадок от производственных и бытовых стоков может делиться на несколько видов в зависимости от используемого метода очистки:

• осадочные отложения с решёток;
• песчаные отложения из песколовок;
• тяжёлые отходы из первичных отстойников (сырой осадок);
• донные отложения из отстойников с флокулянтами и коагулянтами;
• активный ил из камер биологического очищения в аэротенках;
• биологическая плёнка из биофильтров;
• активный ил, в составе которого присутствуют флокулянты и коагулянты;
• смесь из активного ила и тяжёлых составляющих стоков.

Важно: осадочные компоненты без изменений структуры и химического состава образуются на решётках, в песколовках и первичных отстойниках. Смеси с изменённой структурой и составом – это активный ил, биоплёнка и отложения после обработки воды химическими реагентами (очистка промышленных стоков).

Характеристики

Осадки после очищения стоков от промышленных предприятий или сточных вод хозяйственно-бытового происхождения имеют такие характеристики:

1. Реактивность среды в активной фазе – 6-8.
2. Температура среды – 12-20°С.
3. На 90-99 % осадочные отложения состоят из гигроскопической, свободной и коллоидно связанной воды. Чтобы отделить свободную воду от тяжёлых составляющих, потребуется простая переработка – фильтрация или отжим. Чтобы перевести коллоидно связанную воду в свободную, необходимо использовать методы термической обработки, флокуляции или коагуляции. Гигроскопическая жидкость удаляется только в процессе сжигания осадочных отложений.
4. Влажность отходов, удаляемых с решёток, равна 80 %, а их объёмная масса составляет 750 кг на кубометр. Влажность отложений из песколовок равна 60 %, зольность – 70-90 %, а их объёмная масса составляет 1500 кг на кубометр.
5. Влажность осадка из первичной камеры-отстойника составляет 93-95 %. На 60-70 процентов он состоит из органических составляющих. Из-за большого содержания органики отложения быстро загнивают. Кроме них в составе отложений присутствуют соединения кремния, железа, алюминия, магния, кальция, калия и т.д. Тяжёлые отходы стоков от производственных предприятий могут содержать канцерогенные и токсичные вещества, синтетические ПАВ, соли тяжёлых металлов.
6. Методы аэробной очистки способствуют тому, что влажность активного ила очень высокая – 99,2-99,8 % в аэротенках и 96-96,5 % в биофильтрах. Если аэробная очистка выполнялась в аэротенке полного окисления, то концентрация органики составляет 65 %. Аэробная очистка в высоконагружаемом сооружении даёт осадок с концентрацией органики 75 %.
7. Осадочные отложения, образовавшиеся в результате сбраживания в анаэробных условиях метантенков, двухъярусных отстойников и других очистных сооружений, отличаются однородностью и мелкой структурой. Их цвет тёмно-серый или чёрный. Отложения довольно текучие и имеют запах асфальта или сургуча. Распад осадочных отложений сопровождается выделением метана.

Если выполняется аэробная биологическая стабилизация осадков сточных вод, то степень распада органики значительно ниже, чем при анаэробных процессах, но оставшиеся отложения отличаются стабильностью. После этого уплотнение осадка протекает за 5-15 ч, а его влажность снижается до 96-98 %. После аэробной стабилизации яйца гельминтов не гибнут, поэтому отходы нуждаются в дополнительном обеззараживании.

Для характеристики осадка очень важна его способность отдавать воду. Так, после сбраживания в аэробных условиях вода в осадке находится в связанном виде, поэтому отложения имеют плохую водоотдачу. При загнивании эти свойства отложений ещё больше ухудшаются.

Важно: способность осадочных отложений отдавать воду зависит от величины удельного сопротивления фильтрованию. Этот показатель важен при подборе оборудования, которое будет использоваться для обеззараживания стоков от предприятий и отходов хозяйственно-бытового происхождения.

Обработка осадочных отложений

Обработка осадков сточных вод от предприятий и стоков бытового характера начинается со стадии сгущения или уплотнения. На этом этапе происходит удаление свободной влаги. Данная стадия является необходимой для всех технологических схем очищения. Во время сгущения удаляется около 60 процентов свободной воды. В итоге объём отложений уменьшается более чем в 2 раза. Для уплотнения применяют следующие методики:

• вибрационная;
• центробежная;
• гравитационная;
• флотационная;
• фильтрование;
• комбинированные методы.

Гравитационная методика подходит для уплотнения сброженных отложений и активного ила. Это довольно простая и экономичная методика. Для реализации метода применяются радиальные и вертикальные отстойники. Время процедуры зависит от характеристик отложений и составляет 5-24 ч. Для ускорения процесса применяют коагулирование с использованием хлорного железа, нагревание до 90 градусов, уплотнение с другими видами отложений или перемешивание.

Флотационная методика основана на том, что частицы активного ила могут прилипать к воздушным пузырькам и всплывать на поверхность. Скорость процесса выше, чем при использовании гравитации. Процессом легко управлять, увеличивая или уменьшая подачу воздуха. Чаще всего используется напорная флотация.

Для разложения органических сложных соединений на воду, метан и диоксид углерода используется стабилизация. Этот процесс протекает в анаэробных и аэробных условиях:

1. Анаэробные условия создаются в септиках, осветлителях, двухъярусных отстойниках и специальных метантенках. При этом септики и отстойники подходят для малых объёмов сточных вод, то есть для частного использования. Для больших объёмов стоков применяют метантенки.
2. Аэробная стабилизация протекает в аэротенках. Она основана на продолжительном аэрировании ила. Эта методика проще, чем анаэробное сбраживание. Она отличается простотой, отсутствием выделения взрывоопасных газов, устойчивостью и небольшими затратами. После распада биоразлагаемых органических компонентов остальная часть веществ теряет способность к загниванию, то есть осадок стабилизируется.

Для улучшения механического обезвоживания осадочные отложения необходимо подготовить. Для этого используется кондиционирование. При этом изменяется форма и структура связи воды.

Важно: для выполнения кондиционирования могут использовать реагентные и безреагентные методики.

При реагентной методике в качестве коагулянтов используют известь, алюминий и соли железа. Наряду с коагулянтами применяют и флокулянты. Безреагентная методика подразумевает:

• тепловую обработку;
• замораживание и оттаивание;
• радиационное облучение;
• электрокоагуляцию.

Обычно обезвоживание осадочных отложений осуществляется на иловых площадках или с использованием механических методов. Иловые площадки – это участки территории с земляными валами по краям. Здесь процесс обезвоживания протекает очень медленно, зато методика довольно простая и не требует больших эксплуатационных расходов.

Механические методы обезвоживания осуществляются с использованием:

• вакуум-фильтров;
• фильтрующих прессов;
• центрифуг;
• виброфильтров.

Также применяется термическая обработка осадков, которая заключается в их сушке. Для этого используют топочные газы, пар или горячий воздух. В методике задействованы сушилки разных конструкций.

Наиболее перспективное направление в утилизации осадочных отложений – пиролиз. Это процесс переработки веществ, которые содержат углерод, посредством нагрева без доступа кислорода при высоких температурах. После пиролиза образуется порошок, который можно использовать в промышленности, утилизировать как топливо или применять для получения фосфора и азота. Первичный дёготь, образуемый при пиролизе, после фракционной разгонки позволяет получить карбоновые кислоты, парафин, фенолы, органические основания, коксовую пыль.

При проведении процессов очистки сточных вод происходит образование различных осадков. Они содержат большое количество элементов и веществ, которые при грамотном использовании, могут нести существенную пользу. Но перед продуктивным применением, осадки нужно привести в подходящее качественное состояние. Для решения этой задачи применяются различные мероприятия подготовки и обработки.

Утилизация осадка сточных вод необходимо для экологической безопасности

После того как проведена качественная обработка осадка, его свойства приведены к нужным параметрам, он может быть утилизирован. Обработка и утилизация осадков сточных вод имеет существенное значение для экологии и требует детального рассмотрения.

Осадки стоков: что это такое?

В канализационных системах скапливаются жидкие стоки с содержанием твёрдых загрязнителей и нейтральных веществ. Их концентрация может достигать 10% от общего объёма. Все сточные воды, независимо от источника происхождения (система водоснабжения, производство и т. д.) и степени загрязнения, должны проходить процедуру удаления загрязнений. Перед выводом в окружающую среду они должны быть очищены на 95-98%. Во время проведения различных процессов удаления загрязнений образуются осадки.

Осадки сточных вод (ОСВ) – твёрдые вещества и элементы, возникающие во время отстаивания и очистки в накопителях, отстойниках, аэротенках, метатенках, других резервуарах удаления загрязнений сточных жидкостей.

В процессе удаления загрязнений образуются осадки общим объёмом от 0,5 до 10% от начального количества поступивших жидких веществ.

В зависимости от концентрации структурных соединений выделяются три основных вида осадочных образований: с преимущественно минеральным составом, с преобладанием органических составляющих, комплексные.

ОСВ подразделяются на шесть групп, в зависимости от источника поступления:

• крупные твёрдые осадки, выбранные решётками;
• элементы, отложившиеся в песколовках;
• тяжёлые отходы из резервуаров первичного отстаивания;
• донные отложения из резервуаров с флокулянтами (вещества, под действием которых в жидкостях образуются рыхлые хлопьевидные агрегаты) и коагулянтами (вещества, вызывающие в жидкостях сгущение, слипание в крупные структуры твёрдых веществ);
• отработанный ил из аэротенков;
• отработанная плёнка из биофильтров.

ОСВ из решёток, песколовок и первичных отстойников имеют неизменённую структуры. Отложения из остальных блоков очистки имеют изменённую структуру и состав в результате воздействия и обработки биологическими и химическими реагентами.

Два основных направления использования осадков стоков:

1. Применение в качестве органоминеральных удобрений.
2. Как сырьевой элемент для выработки тепла при сжигании.

Второстепенными направлениями современного применения осадочных элементов являются:

• шлак и зола от сжигания осв служат составным элементом при производстве многочисленных наименований изделий, предназначенных для строительства;
• осадки используются в качестве сорбента (вещества, используемые для избирательного поглощения газов) в канализационных коллекторах;
• восстановление участков истощённых земель.

Осадок сточных вод имеет в своем составе тяжелые металлы

Главным недостатком осадков является то, что в их состав входят тяжёлые металлы. Такие осадки эффективно применяются при производстве нескольких видов кирпича и цементных растворов. Добавление осадочных пород с металлами повышает прочность и схватываемость.

ОСВ с тяжёлыми металлами эффективно использовать в качестве удобрений на участках лесоразведения и озеленения городов. Такие растения не применяются в пищу, поэтому содержание металлов не несёт угрозы. Зато редкие элементы влияют на улучшение свойств почв.

При попадании в системы очистки, большая часть отстойных частиц формируется в резервуарах первичного отстаивания. Осадочные элементы также образуются в блоках биологического (воздушного и безвоздушного) удаления загрязняющих элементов.

Отстоенный слой из аэротенков (кислородная очистка) можно применять для повышения полезных характеристик участков за городом и на даче. А вот в метатенках (без воздуха) оседающие вещества слишком токсичны. Они непригодны как средство повышения свойств почв и требуют переработки.

Технологический цикл обработки осадков жидкостей:

1. Поступление исходных отстоев.
2. Уплотнение.
3. Стабилизация: сбраживание или анаэробная обработка.
4. Обезвоживание: естественная и термическая сушка, фильтрация в вакуумных и вибрационных камерах, центрифугах.
5. Кондиционирование: реагентная, тепловая, замораживающая, полиэлектролитная, поликоагуляционная обработка.
6. Ликвидация: сжигание, окисление, концентрация в накопителях, выведение в почвенные пустоты, транспортировка на свалки.
7. Утилизация: с/х удобрения, производство продукции для строительных целей, сорбентов, выделение и восстановление металлов.

Обработка и стабилизация

Обработка осадков сточных вод включает следующие процедуры:

• сгущение: удаляется до 60% всей влаги, объём отстоев уменьшается на 50%;
• уплотнение;
• стабилизация;
• кондиционирование.

Основная цель обработки удаление жидкости и получение шлама (осадок из мельчайших частиц, переработанных загрязнителей). Наиболее распространённый и простой способ обезвоживание – сушка на площадках. Но для того чтобы обрабатывать ОСВ этим методом требуются большие площади земли. Этот метод малоэффективен.

На этапах сгущения и уплотнения происходит выведение всей свободной влаги. Эти методы являются первичными при обработке осадочных элементов.

Методики уплотнения:

• вибрационная;
• центробежная;
• гравитационная;
• флотационная;
• фильтрационная;
• смешанная.

Наиболее простой и дешёвый способ уплотнения, используемый в очистных системах везде – гравитационный. Для его реализации применяются вертикальные и радиальные резервуары отстаивания. Процесс уплотнения занимает от нескольких часов до нескольких суток. Для придания более высоких темпов применяются коагулянты, содержащие хлорное железо, нагретые до температуры в 90 градусов.

При флотационном методе применяются пузырьки воздуха. К ним прилипают различные элементы и поднимаются на поверхность. Образуется плёнка, которую достаточно просто удалить. Метод эффективен и управляем, за счёт простого регулирования количества подаваемого кислорода в жидкость. При центробежном методе применяются циклоны и центрифуги.

В аэротенке происходит стабилизация осадков сточных вод

В септиках, аэротенках, метатенках и определённых типах отстойников происходит стабилизация осадков сточных вод. Под этим наименованием подразумевается процесс расщепления сложно структурных веществ органики на простые составляющие: H2O, CH4, CO2.

После завершения процессов в кислородных и без кислородных условиях, осадок теряет способность к загниванию, то есть стабилизируется. Процесс стабилизации необходим для разрушения компонентов органики стоков.

К методам стабилизации относятся: сушка отработанного ила на специально оборудованных участках, применение осадков в качестве питательных элементов для почвы. На промышленных предприятиях для стабилизации применяется анаэробное разложение органики в аэротенках. Распад и окисление биологических элементов происходит в течение 7-10 суток.

В качестве методов кондиционирования применяются способы: тепловой обработки, последовательного замораживания и оттаивания, электрокоагуляцию, облучение радиоактивным излучением. Кондиционирование нужно для разрушения естественной структуры органики и увеличения показателей отдачи жидкости при проведении других мероприятий.

Этот процесс, применяемый в промышленности с применением реагентов, является дорогостоящей процедурой. На реализацию этой процедуры уходит до 40% всех расходов на обработку осадков. По этой причине активно внедряются другие способы обработки: тепловая, замораживающая, электрокоагуляция.

Ликвидация

Ликвидация производится в случаях, когда невозможно или нерентабельно, с финансовой точки зрения, произвести утилизацию или другие процедуры эффективного их применения. Для ликвидации используются различные методы. Выбор способа зависит от состава отстоев, особенностей перерабатывающего предприятия или очистной станции.

Методы уничтожения:

1. Сжигание – максимально эффективный способ, быстрого и малозатратного уменьшения объёмов ОСВ с эффективным обеззараживанием.
2. Регенерация (выделение и восстановление определённых элементов) ОСВ на предприятиях машиностроения.
3. Сброс жидкостей в накопители и закачка в специальные почвенные пустоты. Эти методы относятся к второстепенным способам ликвидации.
4. Естественная длительная переработка и хранение осадков на специальных полигонах.

Утилизация

Перед утилизацией, осадки сточных вод проходят процесс компостирования. Под этим понятием подразумеваются процессы естественного биолого-температурного процесса расщепления осадков органики под действием аэробных микроорганизмов.

Целью компостирования является стабилизация, обеззараживание и подготовка веществ к использованию в качестве удобрений на сельскохозяйственных угодьях. Этот процесс сопровождается выделением тепла, которое при грамотном подходе также может эффективно использоваться.

Компостирование отлично справляется с задачами минимизации расхода топлива на обеззараживание и повышение показателей санитарии и гигиены.

Компостирование подразумевает прохождение двух фаз:

1. Фаза, активного развития микроорганизмов. Длиться от 5 до 20 суток. Процесс сопровождается повышением в среде температуры до 75-80 градусов. Сами осадки обеззараживаются, их объём существенно уменьшается.
2. Формирование компоста. Сопровождается активным развитием микроорганизмов в температурной среде до 50 градусов.
3. Продолжительность периода может занять от 15 дней до полугода.

Важнейшим фактором процедуры компостирования является постоянная подача свежего кислорода, для поддержания благоприятной среды развивающихся микроорганизмов. Применяется три основных способа компостирования:

1. Механическое.
2. Статическими кучами.
3. Грядами.

Обязательной процедурой утилизации является обеззараживание стоков. Устранение из ОСВ опасных микроорганизмов, вирусов и бактерий производится различными способами:

1. Термическим (сжигание, сушка и подогрев).
2. Химическим (реагенты).
3. Биотемпературным (получение компоста).
4. Биологическим (очистка с помощью растений, грибов и микроорганизмов).
5. Физическим (высокочастотные волны, электрический ток, радиационное излучение, ультразвук, ультрафиолет).

После компостирования и обеззараживания ОСВ используются в сельском хозяйстве в качестве питательных элементов азото-фосфорной направленности. При размещении в земле они минерализуются, и органика преобразуется в соединения пригодные для поглощения растениями.

Полезность тех или иных удобрений из стоков определяется параметрами концентрации биогенных элементов. Наибольшую ценность представляет активный ил. Внесение подготовленного компоста позволяет снизить кислотность почв, повысить содержание питательных компонентов.

Осадки отлично подходят для восстановления поверхностных слоёв земли, истощённых в результате сельскохозяйственной деятельности. Удобрения ОСВ активно применяются при подготовке почв, которые были переведены из промышленного назначения в сельскохозяйственное. Состав компоста активно восстанавливает верхний плодородный слой почв.

Удобрения из ОСВ содержат большое количество минеральных микроэлементов. Каждый из элементов имеет существенное значение для роста и развития сельскохозяйственных культур в различных условиях возделывания. Нужная концентрация этих веществ способствует ускорению процессов развития растений, повышению устойчивости многих видов.

Недостаток приводит к нарушению обменных процессов. Так, медь повышает степень созревания зерновых растений, выращиваемых на болотистых и песчаных местностях. Марганец нужен для активного роста свёклы, кукурузы. Плодовые растения и виноград болезненно реагируют на недостаток железа и цинка. Клеверу, бобам, гороху, овощам необходим доступ борсодержащих удобрений.

Ряд видов переработанных осадков используется в виде кормовых добавок на объектах животноводства. Продукты переработки осадков активно используются как сырьё для производственных процессов и получения тепловой энергии в промышленных масштабах.

Современным и эффективным способом утилизации является пиролиз. Под этим понятием понимается процесс переработки веществ, в состав которых входит углеводород, в специальных условиях (высокотемпературное воздействие, вакуумное пространство без доступа кислорода).

При определённых условиях проведение пиролиза возможно без использования стороннего топлива, так как сухой осадок способен создать нужные термические условия самостоятельно.

В результате пиролиза получается полукокс – рассыпающийся порошок чёрного цвета. Такой полукокс активно используется в различных производственных отраслях. Он эффективен в качестве топлива.

К преимуществам пиролиза, как средства утилизации, стоит отнести следующие факторы:

1. Отсутствие большого количества золы и низкий уровень загрязнений атмосферы.
2. Минимальная необходимость потребления топливных ресурсов.
3. Управляемость процессом.
4. Эффективность, независимо от поступающих объёмов.
5. Возможность оборудования пиролизных установок на очистных сооружениях.
6. Главный недостаток оборудования реакторов для пиролиза – повышенная взрывоопасность. Такие угрозы требуют существенных мер контроля при оборудовании и тщательного противопожарного контроля при эксплуатации.

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.

Осадки городских сточных вод имеют большие объёмы, высокую влажность, неоднородный состав и свойства и содержат органические вещества, которые могут быстро разлагаться и загнивать. Осадки заражены бактериальной и патогенной микрофлорой и яйцами гельминтов.

Осадок из первичных отстойников и избыточный активный ил на 65 − 75 % состоят из органических веществ, которые на 80 − 85 % представлены белками, жирами и углеводами.

Осадки сточных вод относятся к труднофильтруемым иловым суспензиям. Водоотдающие свойства осадков характеризуются удельным сопротивлением фильтрации и индексом центрифугирования.

Технологический процесс обработки осадков можно подразделить на следующие основные стадии: уплотнение (сгущение); стабилизация органической части; кондиционирование; обезвоживание; термическая обработка; утилизация ценных продуктов или ликвидация осадков.

Уплотнение илов и осадков сточных вод . Учитывая зависимость отпринятой схемы очистной станции уплотнению могут подвергаться осадки из первичных отстойников, избыточные активные илы, смесь осадка первичных отстойников и избыточного активного ила, флотационный шлам, осадки и илы после стабилизации.

Для уплотнения избыточного активного ила на очистных сооружениях используют вертикальные и радиальные илоуплотнители гравитационного типа или флотационные илоуплотнители, работающие по принципу компрессионной флотации.

Гравитационное уплотнение – наиболее распространенный прием уменьшения объёма избыточного активного ила. Оно в значительной мере уменьшает объём сооружений и затраты электроэнергии, необходимые для последующей его обработки. Конструкции вертикальных и радиальных уплотнителœей аналогичны конструкциям первичных отстойников.

Сбор и удаление осадка в радиальных илоуплотнителях осуществляется илоскребами или илососами. Сопоставление работы вертикальных илоуплотнителœей с радиальными, оборудованными илоскребами и илососами, показало, что наибольшей эффективностью отличаются радиальные илоуплотнители с илоскребами. Это объясняется медленным перемешиванием активного ила в процессе уплотнения, а также меньшей высотой радиальных илоуплотнителœей по сравнению с вертикальными. При перемешивании снижаются вязкость активного ила и его электрокинœетический потенциал, что способствует лучшему хлопьеобразованию и осаждению. По этой причине в современных конструкциях илоуплотнителœей предусматривается устройство низкоградиентных мешалок.

Флотационное уплотнение активного ила позволяет предотвратить его загнивание, сократить продолжительность уплотнения и объёмы сооружений. Флотаторы для уплотнения избыточного активного ила обычно представляют из себярезервуары круглые в плане диаметром 6, 9, 12, 15, 18, 20, 24 м и глубиной 2 – 3 м, различающиеся внутренним оборудованием.

Стабилизация осадков сточных вод и активного ила в анаэробных и аэробных условиях . Стабилизация первичных и вторичных осадков достигается путем разложения органической части до простых соединœений или продуктов, имеющих длительный период ассимиляции окружающей средой. Стабилизация осадков должна быть осуществлена разными методами − биологическими, химическими, физическими, а также их комбинацией.

Наибольшее распространение получили методы биологической анаэробной и аэробной стабилизации. При небольшом количестве осадков применяют септики, двухъярусные отстойники и осветлители − перегниватели. Для обработки больших объёмов осадков применяют метантенки и аэробные минœерализаторы.

В метантенках биохимический процесс стабилизации осуществляется в анаэробных условиях и представляет собой разложение органического вещества осадков в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов до конечных продуктов, в основном метана и диоксида углерода.

Согласно современным представлениям анаэробное метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанные стадии, осуществляемые разными группами бактерий:

1. Стадия ферментативного гидролиза осуществляется быстрорастущими факультативными анаэробами, выделяющими экзоферменты, при участии которых осуществляется гидролиз нерастворенных сложных орга­нических соединœений с образованием более простых растворенных веществ. Оптимальное значение рН для развития этой группы бактерий находится в интервале 6,5 − 7,5.

2. Стадия кислотообразования (кислотогенная) сопровождается выделœением летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов, а также водорода и углекислого газа. Стадия осуществляется быстрорастущими, весьма устойчивыми к неблагоприятным условиям среды гетерогенными бактериями.

3. Ацетатогенная стадия превращения ЛЖК, аминокислот и спиртов в уксусную кислоту осуществляется двумя группами ацетатогенных бактерий. Первая группа, образующая ацетаты с выделœением водорода из продуктов предшествующих стадий, принято называть ацетатогенами, образующими водород:

СН СН СООН + 2Н 2 0 СНзСООН + СО + 3Н 2 .

Вторая группа, также образующая ацетаты и использующая водород для восстановления диоксида углерода, принято называть ацетатогенами, использую­щими водород:

4Н 2 +2С0 2 СН СООН + 2Н 2 0.

4. Метаногенная стадия, осуществляемая медленнорастущими бактериями, являющимися строгими анаэробами, весьма чувствительными к изменениям условий среды, особенно к снижению рН менее 7,0 - 7,5 и температуры. Разные группы метаногенов образуют метан двумя путями:

Расщеплением ацетата:

СН 3 СООН СН 4 + С0 2 ,

Восстановлением диоксида углерода:

С0 2 +Н 2 СН 4 +Н 2 0.

По первому пути образуется 72 % метана, по второму – 28 %.

Процесс сбраживания протекает медленно. Для его ускорения и уменьшения объёма сооружений применяют искусственный подогрев ила. При этом значительно эффективнее идет выделœение газа – метана, который улавливается и должна быть использован в качестве горючего. Учитывая зависимость оттемпературы различают два типа процесса: мезофильный (t=30 − 35) и термофильный (t= 50 − 55).

Метантенки представляют из себягерметичные вертикальные резервуары с коническим или плоским днищем, выполненные из желœезобетона или стали.

Схема метантенка представлена на рис. 3.2.17. Уровень осадка поддерживается в узкой горловинœе метантенка, что позволяет повысить интен­сивность газовыделœения на единицу поверхности бродящей массы и пре­дотвратить образование плотной корки.

Рис. 3.2.17. Метантенк:

1 − подача осадка; 2 − паровой инжектор; 3 − выпуск сброженного осадка;

4 − опорожнение метантенка; 5 − теплоизоляция;

6 – система сбора и отвода газа; 7 − циркуляционная труба; 8 − уровень осадка

Аэробная стабилизация осадков сточных вод − процесс окисления органических веществ в аэробных условиях. В отличие от анаэробного сбраживания аэробная стабилизация протекает в одну стадию:

C 5 H 7 N0 2 +50 2 ->5C0 2 +2H 2 0+NH 3 ,

с последующим окислением NH 3 до N0 3 .

Аэробной стабилизации может подвергаться неуплотненный и уп­лотненный избыточный активный ил и его смесь с осадком первичных от­стойников.

Аэробная стабилизация осадков проводится обычно в сооружениях типа аэротенков глубиной 3 − 5 м. Отстаивание и уплотнение аэробно стабилизированного осадка следует производить в течение 1,5 − 5 ч в отдельно стоящих илоуплотнителях или в специально выделœенной зоне внутри стабилизатора. Влажность уплотненного осадка 96,5 − 98,5 %. Иловая вода должна направляться в аэротенки. Схема аэробного стабилизатора представлена на рис. 3.2.18.

Рис. 3.2.18. Схема минœерализатора: I − зона аэрации; II − отстойная зона; III − осадкоуплотнитель; 1 − стабилизированный осадок; 2 − выпуск отстойной воды; 3 − воздуховод; 4 − опорожнение; 5 − иловая смесь; 6 − фугат из цеха механического обезвоживания

Аэробная стабилизация осадков обеспечивает получение биологи­чески стабильных продуктов, хорошие показатели влагоотдачи, простоту эксплуатации и низкие строительные стоимости сооружений. При этом зна­чительные энергетические затраты на аэрацию ограничивают целœесообраз­ность использования этого процесса на очистных сооружениях производи­тельностью более 50 − 100 тыс. м 3 /сут.

Обеззараживание осадков сточных вод . В осадках городских сточных вод находится большое количество патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов, в связи с этим осадки перед утилизацией и хранением крайне важно обеззараживать. Обеззараживание осадков сточных вод достигается разными методами:

Термическими − прогревание, сушка, сжигание;

Химическими − обработка химическими реагентами;

Биотермическими − компостирование;

Биологическими − уничтожение микроорганизмов простейшими, грибками и растениями почвы;

Физическими воздействиями − радиация, токи высокой частоты, ультразвуковые колебания, ультрафиолетовое излучение и т. п.

Общая характеристика процессов обеззараживания осадков сточ­ных вод приведена в табл. 3.2.2. На крупных станциях аэрации целœесооб­разно применение термической сушки механически обезвоженных осадков, позволяющей сократить транспортные расходы и получить удобрение из осадков в виде сыпучих материалов. Важно заметить, что для сокращения топливно-энергетических расходов на станциях аэрации пропускной способностью до 20 тыс. м 3 /сут целœесообразно применение камер дегельминтизации, до 50 тыс. м 3 /сут - методов химического обеззараживания. В случаях, когда осадок не подлежит утилизации в качестве удобрения, может применяться сжигание с использованием получаемого тепла.

Показатели методов обеззараживания осадков сточных вод Таблица 3.2.2

Процесс	Расход теплоты, МДж на 1 обезвоженного осадка	Влажность после обработки, %	Основные преимущества метода	Основные недостатки метода	Предпочтительная область применения
Обработка в камерах дегельмитизации	600-700	60-70	Простота эксплуатации, невысокий расход топлива	Относительно высокие влажность и стоимость транспортировки осадка	Сооружения по очистке сточных вод пропускной способностью до 20
Термическая сушка в сушилках со встречными струями	1900-2800	35-40	Сокращаются транспортные расходы, упрощается утилизация как удобрения, так и топлива	Высокий расход топлива, потребность в квалифицированном персонале, крайне важно сть очистки отходящих газов	То же, пропускной способностью более 100
Биотермическая обработка (компостирование)	-	45-50	Сокращаются топливно-энергетические и транспортные расходы, готовится качественное удобрение	Необходимость устройства площадок с водонепроницаемым покрытием и применения наполнителœей (бытовых отходов, готового компоста͵ торфа, опилок и т. п.)	То же, пропускной способностью до 200
Сжигание с использованием получаемой теплоты	От -300 до +1800	-	Значительно сокращаются транспортные расходы, возможно получение дополнительной теплоты	Необходимость эффективной очистки отходящих газов, потребность в квалифицированном персонале	Сооружения по очистке сточных вод при отсутствии потребителœей удобрений из осадков или высокой их токсичности

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.