О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. — 145 c.

Глава 3. Защита гидросферы

3.4. Обработка осадков сточных вод

В процессе очистки сточных вод образуются осадки, объём которых составляет от 0,5 до 1 % объёма сточных вод для станций совместной очистки бытовых и производственных сточных вод и от 10 до 30 % для локальных очистных сооружений. Условно осадки можно разделить на три основные категории – минеральные осадки, органические осадки и избыточные активные илы. Основные задачи современной технологии состоят в уменьшении их объёма и в последующем превращении в безвредный продукт, не вызывающий загрязнения окружающей среды.

В осадках содержаться соединения кремния, алюминия, железа, оксидов кальция, магния, калия, натрия, никеля, хрома и др. Химический состав осадков оказывает большое влияние на их водоотдачу. Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щёлочи и некоторые другие вещества, содержащиеся в производственных сточных водах, способствуют интенсификации процесса обезвоживания осадков и снижают расход химических реагентов на их коагуляцию перед обезвоживанием. Масла, жиры, азотные соединения, волокнистые вещества, наоборот, являются неблагоприятными компонентами. Окружая частицы осадка, они нарушают процессы уплотнения и коагуляции, а также увеличивают содержание органических веществ в осадке, что сказывается на ухудшении его водоотдачи.

Для обработки и обезвреживания осадков используются различные технологические процессы: уплотнение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание, термическая обработка, утилизация ценных продуктов, ликвидация.

Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги. При уплотнении в среднем удаляется 60 % влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза.

Для уплотнения активного ила, который имеет влажность 99,2 – 99,5 % используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы.

Стабилизация осадков проводится для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества на двуокись углерода, метан и воду. Стабилизацию осуществляют при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных условиях она проводится в метантенках, а в аэробных – в сооружениях с продолжительной аэрацией.

Кондиционирование осадков – это процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией путём снижения удельного сопротивления и улучшения водоотдающих свойств осадков вследствие изменения их структур и форм связи воды.

Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами. При реагентной обработке осадки обрабатывают 10 % раствором коагулянтов (FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃, Al₂(SO₄)₃ и др.). Вместо коагулянтов можно использовать и флокулянты. К безреагентным методам обработки относятся: тепловая обработка, замораживание с последующим отстаиванием, жидкофазное окисление, электрокоагуляция и радиационное облучение. В отечественной практике тепловая обработка осадка находится в стадии освоения и внедрения.

Сущность метода тепловой обработки состоит в нагревании осадков до температуры 150-200 ^оС и выдерживании при этой температуре в закрытой ёмкости в течение 0,5-2 ч. В результате такой обработки происходит резкое изменение структуры осадка, около 40 % сухого вещества переходит в раствор, а оставшаяся часть приобретает водоотдающие свойства. Осадок после тепловой обработки быстро уплотняется до влажности 92-94 %, а его объём составляет 20-30 % исходного.

Уплотнённый осадок легко обезвоживается на иловых площадках или вакуум-фильтрах, пресс-фильтрах, виброфильтрах и центрифугах. Отделённая на стадии уплотнения вода, вследствие распада органического вещества осадка, содержит большое количество растворённых веществ с химической потребностью кислорода (ХПК) около 10 кг на 1 м³. Эта вода обычно возвращается на аэрационные очистные сооружения, что вызывает необходимость увеличения их мощности на 10-15 %.

Существуют различные схемы процессов тепловой обработки (тепловая обработка с догревом осадка острым паром, схема с догревом осадка промежуточным теплоносителем и т.д.). Принципиальная схема тепловой обработки по методу Портеуса представлена на рис. 2.

Рис. 2. Технологическая схема тепловой обработки по методу Портеуса

1 – резервуар-накопитель; 2, 7 – насосы; 3 – теплообменник; 4 – реактор; 5 — устройство для снижения давления; 6 – уплотнитель; 8, 9 – обезвоживающие аппараты

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

Достоинства метода: осуществление в реакторе кондиционирования, стерилизации; компактность установки. Недостаток – сложность эксплуатации установки.

Сущность метода жидкофазного окисления осадка (метод Циммермана) заключается в окислении органический части осадка кислородом воздуха при высокой температуре и высоком давлении. Схема установки жидкофазного окисления приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема установки жидкофазного окисления осадка: 1 – резервуар; 2 – насос; 3, 4 – теплообменники; 5 – реактор; 6 – сепаратор; 7 – компрессор.

В приёмном резервуаре смесь сырого осадка и активного ила нагревают до температуры 45-50 ^оС. Затем осадок через теплообменник поступает в реактор. В реакторе при 300 ^оС в течение 0,5-0,7 ч происходит интенсивное окисление органического вещества осадка кислородом воздуха. Из реактора смесь продуктов окисления, воздуха и золы направляют через теплообменник в сепаратор. В сепараторе происходит отделение от жидкой фазы осадка газов, которые выбрасываются в атмосферу или используются в турбогенераторе для приведения в действие компрессора, подающего воздух в систему. Охлаждённый осадок, поступая в уплотнитель, отстаивается в течение 4 ч. Сливная вода (ХПК 5-6 кг/ м³) сбрасывается в аэротенки, а уплотнённый осадок влажностью 95 % подаётся на иловые площадки или механическое обезвоживание. Производительность вакуум-фильтров по осадку составляет 40-50 кг/м²∙ч. Влажность обезвоженного осадка – около 60 %. Дополнительного тепла на нагрев осадка в процессе работы установки не требуется. Установка разогревается паром лишь в период запуска.