Тут есть жесткость воды

расщепление адсорбированного субстрата внеклеточными ферментами;

поглощение растворенных веществ клетками;

рост и эндогенное дыхание;

высвобождение экскретируемых продуктов;

"выедание" первичной популяции организмов вторичными потребителями.

Видеале это должно приводить к полной минерализации отходов до простых солей, газов и воды. На практике очищенная вода и активный ил из аэротенка подаются во вторичный отстойник, где происходит отделение активного ила от воды. Часть активного ила возвращается в систему очистки, а избыток активного ила, образовавшийся в результате роста микроорганизмов, поступает на иловые площадки, где обезвоживается и вывозится на поля. Избыток активного ила можно также перерабатывать анаэробным путем. Переработанный активный ил может служить и как удобрения, и как корм для рыб, скота.

Сооружения биологической очистки

Сооружениям биологической очистки отводится главенствующая роль в общем комплексе сооружений канализационной очистной станции. В результате процессов биологической очистки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс очистки осуществляет сложное сообщество микроорганизмов - бактерий, простейших, ряда высших организмов - в условиях аэробиоза, т.е. наличия в очищаемой воде растворённого кислорода. Загрязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают всё необходимое для их жизни - энергию и материал для конструктивного обмена (восстановления распадающихся веществ, клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные вещества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточную воду, но одновременно они вносят в неё новые вещества - продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.

Для очистки производственных сточных вод чаще используют аэротенки, так как они лучше других сооружений могут регулировать режим работы при изменении состава стока и дают большую производительность на единицу объема сооружения.

Вбиофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

Вбиологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

Аэротенк. В последние годы стали применять двухступенчатую схему очистки сточных вод в аэротенках. Такая схема обеспечивает более устойчивую работу сооружений при колебании расходов сточных вод и концентрации загрязнений. В каждой ступени аэротенка развивается специфическая микрофлора, способная окислять органические загрязнения, поступающие на соответствующую ступень. Обычно в качестве I ступени применяют аэротенки-смесители, а II ступени – обычные аэротенки. В этой схеме часть объема аэротенков выделяют под регенераторы, которые позволяют работать более устойчиво. В них поддерживают более высокую концентрацию активного ила, чем в самом аэротенке, что позволяет увеличить скорость потребления кислорода и уменьшить период аэрации.

Каждая ступень аэротенков имеет самостоятельные генераторы, которые занимают 25-50% общего объема аэротенков. Иногда во II ступени регенераторы не устраивают. После I

200

ступени аэротенков необходимо устраивать вторичные отстойники (перед II ступенью), что удорожает строительство сооружений. Однако двухступенчатая схема аэротенков обеспечивает надежный, устойчивый эффект очистки и поэтому экономически оправдывается.

В последнее время предложены для I ступени аэротенки-отстойники, которые могут работать при дозе активного ила до 8 г/л, что позволяет сократить общий объем аэротенков.

Окислительная мощность сооружений зависит от степени загрязненности сточных вод и колеблется в широких пределах. Так, для аэротенков, работающих на полную очистку, она составляет 500-2000 г/сутки на 1м3 аэротенка.

При БПКполн менее 500 мг/л применяют обычные аэротенки с подачей сточной воды и активного ила в начало аэротенка.

При ядовитых и трудно окисляемых веществах в поступающем стоке, а также при БПКполн более 500 мг/л применяют аэротенки-смесители. Их конструкция позволяет выравнивать скорость потребления кислорода и концентрацию загрязнений по длине аэротенка. Аэротенки-смесители - это огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила. Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

Основные методы утилизации активного ила

Целью обработки осадка является уменьшение объема осадка путем эффективного обезвоживания ,что способствовует его дальнейшей обработке и окончательному удалению. Целью уплотнения осадка является:

способствование метановому брожению;

уменьшение объема осадка, вывозимого на сельскохозяйственное использование;

способствование действию средств обезвоживания;

упростить обработку осадка таким образом, чтобы процессы уплотнения происходили

водном просто управляемом и контролируемом сооружении.

Всреднем в году очистка должна уменьшать БПК5 не менее чем на 90%, БПК5 сбрасываемой очищенной воды не должен превышать 15 мг/л и содержание фосфора в ней должно быть ниже 1,5 мгР/л.

Проблема утилизации избыточного активного ила является одной из важнейших при биологической очистке сточных вод. Затраты на утилизацию ила достигают 50% общей стоимости процесса биологической очистки.

201

В связи с необходимостью приведения в соответствие массообменных характеристик аэротенков с оптимальным возрастом ила прибегают к отделению последнего от очищенной воды и возврату основного его количества в аэротенки. Благодаря чему время аэрации жидкости обычно составляет несколько часов, а возраст ила несколько суток.

Отделение ила от очищенной воды производят, как правило, методом отстаивания, что обуславливает формирование биоценоза из организмов, обладающих хорошими седиментационными свойствами. Следует отметить, что подача значительной части потока избыточного ила в первичные отстойники будет запускать действие механизма естественного отбора в обратную сторону, ухудшая седиментационные свойства активного ила.

Наиболее эффективным способом обезвоживания отходов, образующихся при очистке сточных вод, является термическая сушка. Перспективные технологии с использованием:

барабанных вакуум-фильтров,

центрифуг,

споследующей термической сушкой и одновременной грануляцией позволяют получать продукт в виде гранул, что обеспечивает получение незагнивающего и удобного для транспортировки, хранения и внесения в почву органоминерального удобрения, содержащего азот, фосфор, микроэлементы.

Большое распространение получил метод анаэробного окисления активного ила в

метантенках.

Сущность метода заключается в сбраживании активного ила без доступа воздуха при Т=3040оС. Для обеспечения заданной температуры метантенк подогревают паром. Последовательность проведения анаэробного окисления включает в себя:

обезвоживание активного ила методом прессования;

загрузка в метантенк;

подогрев смеси активного ила;

биохимические процессы анаэробного окисления, в результате которых образуются газы брожения: метан, углекислый газ, угарный газ и др.;

дренирование сброженного осадка;

сушка сброженного осадка с последующим превращением в компост;

сбор и хранение газов;

сжигание газов в котельной для обеспечения подогрева метантенка.

Наряду с достоинствами получаемого на основе осадков сточных вод активного ила, существует ряд недостатков.

Активный ил после биологической очистки накапливает вещества вредные для растений веществ. В этих случаях необходимы строгий контроль содержания вредных веществ в готовом продукте и определение годности использования его в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур. Большие энергетические затраты.

Использование активного ила

Утилизация осадков сточных вод и избыточного активного ила часто связана с использованием их в сельском хозяйстве в качестве удобрения, что обусловлено достаточно большим содержанием в них биогенных элементов. Активный ил особенно богат азотом и фосфорным ангидридом.

202

Вкачестве удобрения можно использовать те осадки сточных вод и избыточный активный ил, которые предварительно были подвергнуты обработке, гарантирующей последующую их незагниваемость, а также гибель патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов.

Внастоящее время известно достаточно много эффективных и достаточно простых в аппаратурном оформлении способов извлечения этих примесей из сточных вод.

Всвязи с широким использованием осадка сточных вод и избыточного активного ила в качестве удобрения возникает необходимость в интенсивных исследованиях возможного влияния присутствующих в них токсичных веществ (в частности тяжелых металлов) на рост и накопление их в растениях и почве.

Извлечение ионов тяжелых металлов и других вредных примесей из сточных вод гарантирует, например, получение безвредной массы избыточного активного ила, которую можно использовать в качестве кормовой добавки или удобрения.

4.4.7. Обезвоживание и утилизация осадков сточных вод

Большое разнообразие состава и свойств, образующихся при очистке осадков сточных вод, практически исключает создание и использование каких-либо универсальных способов обезвоживания.

Образующиеся при очистке сточных вод осадки условно классифицируют на следующие основные категории: минеральные, органические осадки и избыточный активный ил. Наиболее легко обезвоживаются минеральные осадки и гораздо труднее органические осадки и избыточный активный ил. Технологические схемы обработки и последующего обезвоживания органического осадка и избыточного активного ила включают, как правило, следующие стадии - предварительное уплотнение, обезвоживание, термическую сушку (сжигание). Перед обезвоживанием органические осадки можно сбраживать или стабилизировать, а также кондиционировать термореагентной обработкой.

Для снижения влажности осадки, в том числе и избыточный активный ил, уплотняют.

Методы обезвоживания избыточного активного ила и осадков сточных вод.

На стадии предварительного уплотнения активного ила наибольшее распространение получили отстаивание и флотация.

Преимущества флотационного сгущения суспензии активного ила:

простота аппаратурного оформления способа;

незначительная продолжительность процесса;

удовлетворительные показатели сгущения суспензии активного ила (ступень сгущения 3,0-5,0);

не требуется предварительная раегентная обработка.

Достаточно широкое распространение получила напорная флотация для уплотнения избыточного активного ила. Сущность ее заключается в насыщении воды воздухом со значительным пересыщением им, что обеспечивается созданием избыточного давления в течение некоторого времени. При снижении давления до атмосферного начинают выделяться мельчайшие пузырьки воздуха, которые и флотируют содержащиеся в воде частицы примесей. При использовании такого метода для обезвоживания избыточного активного ила микробную биомассу можно сгустить в 305 раз. Такую степень сгущения следует считать хорошей при достаточно простом аппаратурном оформлении процесса

203

напорной флотации. Однако потери микробной биомассы с осветленной иловой водой при сгущении активного ила напорной флотацией в некоторых случаях сравнительно большие. Для уменьшения потерь микробной биомассы и повышения степени сгущения в исходную суспензию активного ила перед флотацией иногда добавляют реагенты, например растворы электролитов или полиэлектролитов. Интенсификация процесса флотации достигается также введением ПАВ в сгущаемую суспензию активного ила.

Исследования показали, что одним из эффективных методов предварительного уплотнения активного ила является также электрофлотация. Степень сгущения активного ила электрофлотацией составляет 3-5 при исходной концентрации 0,6-1,0% абсолютно сухих веществ, а энергозатраты составляют около 1-2 кВт.ч на 1 м3 исходной суспензии. Наибольшее влияние на процесс электрофлотации оказывает плотность тока.

Для повышения степени извлечения биомассы активного ила следует вводить в исходную суспензию минеральные коагулянты или синтетические флокулянты.

Высокоэффективным методом сгущения осадков сточных вод и избыточного активного ила является центрифугирование. Преимущества способа - простота, экономичность и низкая влажность сгущенного продукта; недостаток - большой унос твердой фазы с осветленной жидкостью (фугатом), что приводит к необходимости дополнительной стадии очистки фугата, например сепарированием. Для обезвоживания осадков сточных вод и избыточного активного ила наиболее эффективны непрерывнодействующие, осадительные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка. Преимущество этих центрифуг - высокая производительность при низком удельном расходе энергии и массе. Недостатки - невысокая степень сгущения осадка, а также быстрый износ шнека и ротора. Всесторонние исследования безреагентного центрифугирования осадков сточных вод и избыточного ила, показали возможность практического использования этого способа. Исследован новый способ обработки избыточного активного ила, включающий центрифугирование суспензии активного ила, отбираемой из вторичных отстойников. Для повышения эффективности центрифугирования применяют различные химические реагенты, в частности синтетические флокулянты. Обработка флокулянтами катионного типа позволяет повысить эффективность задержания сухого вещества до 95-99 %. Использование центрифуг для механического обезвоживания осадков первичных отстойников представляет собой один из перспективных способов, особенно при применении флокулянтов.

Высокая степень сгущения твердой фазы может быть достигнута на тарельчатых сепараторах. Известно, что эффективность сгущения суспензии активного ила с использованием сепараторов существенно зависит от предварительной термореагентной обработки. Эффективность режима термореагентной подготовки суспензии активного ила к сгущению проверена в промышленных условиях.

Технологическая схема обезвоживания активного ила с предварительной термореагентной обработкой, уплотнением напорной флотацией и с последующим сгущением в центрифугах и сепараторах представляется перспективной и практичной.

Для кондиционирования активного ила и осадков первичных отстойников и интенсификаций процесса сгущения можно использовать наряду с тепловой и реагентной обработкой и другие способы, например с добавлением золы, в частности, полученной от сжигания осадков сточных вод. Практический и научный интерес представляет флокуляционноцентробежный способ сгущения суспензий.

Достаточно прочные хлопья образуются в биосуспензиях, в том числе и в суспензии активного ила, при проведении комплексной обработки. Один из наиболее эффективных

204

способов такой обработки - аэробная стабилизация суспензии активного ила с термореагентной обработкой. Следует отметить, что термореагентная обработка не только усиливает образование агрегатов частиц квазитвердой фазы биосуспензии, но и приводит к обезвреживанию получаемого в дальнейшем готового продукта, что весьма важно при использовании биомассы микроорганизмов в качестве кормовой добавки. Иногда высокий эффект флокуляции достигается только при аэробной стабилизации и термообработки суспензии.

После уплотнения (сгущения) дальнейшее обезвоживание суспензии активного ила достигается выпариванием и сушкой или одной сушкой. Для сушки избыточного активного ила и осадков сточных вод можно рекомендовать распылительные сушилки, непрерывные сушилки струйного типа и сушилки с инертным псевдоожиженным носителем.

Поскольку концентрированная иловая суспензия имеет высокую вязкость, перед сушкой ее целесообразно предварительно подогреть. Если же биомасса в дальнейшем будет использоваться в качестве кормовой добавки, то необходима тепловая обработка.

Установка для сушки ила с коагулянтами

Для обезвоживания ила с коагулянтами рекомендуется применять сушилку со взвешенным слоем инертных тел.

Процесс осуществляется следующим образом (рис. 4.35).

Рис.4.35. Схема установки для осушки ила с коагулянтом.

1- Ленточный транспортер, 2 - двухвальных смеситель, 3- топка, 4- сушилка, 5- прямоточный циклон, 6- батарейный циклон, 7- шнек, 9- регулирующий вентиль, 10,11вентиляторы.

Обезвоживаемый продукт сначала поступает в вакуум-фильтр, а затем в двухвальный смеситель 2, где перемешивается с высушенным материалом из расчета 1:1. Влажность

205

смеси составляет 45-50 %. Далее смесь подается в сушилку вихревого слоя 4, заполненную инертной насадкой, в качестве которой используется галька или цементный клинкер с частицами размером 5-6 мм.

Теплоносителем и псевдоожижающим агентом являются разбавленные воздухом дымовые газы с температурой 500 оС. Генератором дымовых газов служит топка 3, в которой сжигают либо мазут, либо природный газ.

Температура псевдоожиженного слоя поддерживается на уровне 100-120 оС. Влажный материал контактирует с интенсивно движущимися частицами, обезвоживается, измельчается и вместе с отходящими газами направляется в систему циклонов. После первой и второй ступеней очистки в прямоточном циклоне 5 сухой продукт поступает в двухвальный смеситель, а остальная часть вместе с сухими частицами из батарейного циклона 6 подается в сборник готового продукта. Давление дымовых газов под газораспределительной решеткой поддерживается около 4-5 кПа.

Количество загрузочного шлама приблизительно соответствует массе инертных частиц. Рабочая нагрузка при сушке паст в аппарате, снабженном мешалкой, составляет 6-8 кг/ч; влажность суспензии активного ила после высушивания примерно 3-5 %; потери суспензии в сушилке с псевдоожиженным слоем около 4%, а в распылительной 9 %.

Использование осадков сточных вод и активного ила

Наиболее эффективным способом обезвоживания отходов, образующихся при очистке сточных вод, является термическая сушка. Перспективные технологические способы обезвоживания осадков и избыточного активного ила, включающие использование барабанных вакуум-фильтров, центрифуг, с последующей термической сушкой и одновременной грануляцией позволяют получать продукт в виде гранул, что обеспечивает получение не загнивающего и удобного для транспортировки, хранения и внесения в почву органоминерального удобрения, содержащего азот, фосфор, микроэлементы.

Наряду с достоинствами получаемого на основе осадков сточных вод и активного ила удобрения следует учитывать и возможные отрицательные последствия его применения, связанные с наличием в них вредных для растений веществ в частности ядов, химикатов, солей тяжелых металлов и т.п. В этих случаях необходимы строгий контроль содержания вредных веществ в готовом продукте и определение годности использования его в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур.

Извлечение ионов тяжелых металлов и других вредных примесей из сточных вод гарантирует, например, получение безвредной биомассы избыточного активного ила, которую можно использовать в качестве кормовой добавки или удобрения. В настоящее время известно достаточно много эффективных и достаточно простых в аппаратурном оформлении способов извлечения этих примесей из сточных вод. В связи с широким использованием осадка сточных вод и избыточного активного ила в качестве удобрения возникает необходимость в интенсивных исследованиях возможного влияния присутствующих в них токсичных веществ (в частности тяжелых металлов) на рост и накопление их в растениях и почве.

Представляет интерес практика использования осадков сточных вод в ФРГ. По санитарным соображениям в ФРГ допускается использование в качестве удобрения только незагнивающих, стабилизированных осадков сточных вод, термически высушенных, компостированных и пастеризованных. Пастеризация осадков заключается в их нагревании до 65-70 оС в течение 20-30 мин, что приводит к уничтожению яиц гельминтов и патогенных микроорганизмов. Более высокий эффект пастеризации достигается при нагревании осадка

206

до 80-90 оС с последующим выдерживанием в течение 5 мин. В случае образования больших объемов осадков сточных вод, содержащих соли тяжелых металлов, из-за чего их нельзя использовать в качестве удобрения, по-видимому, целесообразно использовать другие пути утилизации, например, сжигание осадков.

Одним из преимуществ этого метода является то, что полученное топливо удобно хранить. В случае сжигания активного ила выделяемая энергия расходуется на производство пара, который немедленно используется, а при переработке ила в метан требуются дополнительные капитальные затраты на его хранение.

Важное значение также имеют методы утилизации активного ила, связанные с использованием его в качестве флокулянта для сгущения суспензий и т.д. Проведенные токсикологические исследования показали возможность переработки сырых осадков и избыточного активного ила в цементном производстве.

Ежегодный прирост биомассы активного ила составляет насколько миллионов тонн. В связи с этим возникает необходимость в разработке таких способов утилизации, которые позволяют расширить спектр применения активного ила.

4.4.8.Вопросы для самопроверки по теме «Очистка сточных вод»

С какой целью производят очистку сточной воды?

Что собой представляет тепловой загрязнение?

Что может являться источником механического загрязнения воды.

Что такое ПБК? Какой вид загрязнения оценивается данным показателем?

Можно ли сбрасывать воду в водоем, значение БПК которой составляет 100 мг/л

Что такое эвтрофикация? Назовите причины данного явления.

Чем хоз-бытовые воды отличаются от ливневых и промышленных сточных вод?

Перечислите методы очистки сточных вод?

Приведите примеры сооружений очистки сточных вод для устранения механических примесей.

В чем заключается сущность биологической очистки?

Составьте блок-схему очистки сточных вод.

Приведите примеры утилизации отходов сточных вод.

На чем основан принцип радиального отстойника?

Назовите способ очистки сточной воды, в котором используют активный уголь.

В чем заключается сущность адсорбции?

С какой целью в процесс очистки сточных вод используют процесс коагуляции?

Что такое активный ил? Для чего он предназначен?

Перечислите условия для развития активного ила.

Как влияет концентрация кислорода на развитие активного ила?

Перечислите преимущества и недостатки некоторых методов утилизации активного ила.

207

формул. Горючие сланцы значительно различаются по своей минерализации, химическому составу, возрасту, типу керогена и истории осадконакопления.

Горючий сланец содержит более низкий процент органического вещества, чем уголь. В сланце отношение органического вещества и минеральных веществ находится примерно между 0.75:5 - 1.5:5. В то же время, органическое вещество в сланце имеет соотношение атомов водорода и углерода (Н/С) примерно от 1,2 - 1,8 раза ниже, чем нефть и около 1,5 - 3 раз выше, чем угль.

Горючие сланцы большинства месторождений относятся к низкокалорийным топливам, выход смолы составляет менее 10%. “Горючий сланец - не сланцевая глина, и он не содержит нефть».

Горючие сланцы, как и все встречающиеся породы, образование которых связано с остатками живых организмов, относится к биолитам («биос» - жизнь,», литос» - камень).

Первые месторождения сланцев образовались в докембрийском периоде, им более 1 млрд лет.

Рис.5.3 Атомное соотношение Н/С. Они старше самого древнего угля, которому 300—400 млн. лет. Примерно 40% всех сланцев

образовалось в палеозойскую эру, около 30% - в мезозойскую, 25% — в кайнозойскую. По геологическому возрасту горючие сланцы Прибалтики приурочены к Ордовийскому и Силурийскому периоду Палеозойской эры, а их накопление завершено в третичном периоде Кайнозойской эры.

Древние моря 500 миллионов лет назад были населены так называемыми прокариотами (планктон + синезелёные водоросли). Кроме сине-зелёных водорослей море было царством диатомовых водорослей (тип одноклеточных водорослей, которые имеют твердый панцирь и размножаются делением, рис.5.4). Все эти водоросли отличались высокой способностью к размножению, создавая в тёплом климате с

небольшими колебаниями температуры в короткий Рис.5.4 Диатомовые водоросли срок огромные массы планктона. После отмирания

очередной массы планктона происходило очень медленное его погружение и переход из насыщенной кислородом зоны фотосинтеза в зону восстановительной среды.

209