Переработка осадков сточных вод и их утилизация

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.

Понятие осадка

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.