8.6.Кондиционирование осадков.

Так как большинство осадков сточных вод представляют собой трудноразделяемые суспензии, для их успешного обезвоживания требуется предварительная подготовка - кондиционирование. Цель кондиционирования - улучшение водоотталкивающих свойств осадков путем изменения их структуры и форм связи воды.

Известно, что вода может находиться в химической, физико-химической и физико-механической связи с твердыми частицвми, а также существовать в форме свободной воды. Химически связанная вода входит в состав вещества и не выделяется даже при термической сушке осадков. Физико-химической связью удерживается адсорбционная и осмотическая вода, а физико-механической - капиллярная вода, вода смачивания и структурная влага.

От условий кондиционирования зависит производительность обезвоживающих аппаратов, чистота отделяемой воды и влажность обезвожженного осадка.

Кондиционирование - дорогостоящая операция. В технологической схеме "уплотнение - кондиционирование - обезвоживание" на долю кондиционирования приходится от 40 до 60% общей стоимости обработки.

Для кондиционирования осадков используют следующие способы (перечислены в порядке убывания их распространения в практике очистки сточных вод): тепловая обработка, жидкофазное окисление, замораживание и оттаивание.

8.6.1.Реагентная обработка .

Реагентная обработка - наиболее известный и распространенный cпособ кондиционирования. Практически все осадки сточных вод, за небольшим исключением, могут быть обезвожены указанным способом. При реагентной обработке происходит коагуляция - процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц, образование крупных хлопьев с разрывом сольватных оболочек и изменением форм связи воды, что приводит к изменению структуры осадка и улучшению его водоотдающих свойств. Для проведения реагентной обработки используют минеральные и органические соединения - коагулянты и флокулянты.

Основные минеральные коагулянты, используемые при реагентной обработке осадков - это соли железа, алюминия и известь. Указанные реагенты вводят в обрабатываемый осадок в виде 10% растворов. Наиболее эффективным является хлорное железо, которое обычно применяют в сочетании с известью. Дозы внесения составляют соответственно 5 - 8% и 15 - 20% (на сухое вещество обрабатываемого осадка).

Сульфат двухвалентного железа более дешевый и легкодоступный реагент, чем хлорид железа, однако эффективность сульфата железа как коагулянта ниже чем хлорида. Для получения одинаковой производительности обезвоживающих аппаратов и влажности обезвоженного осадка доза сульфата железа должна в 1,5-2 раза превышать дозу его хлорида.

Известь достаточно часто используется не только в сочетании с хлоридом железа, но и как самостоятельный коагулянт.

Общими недостатками вышеперечисленных минеральных реагентов является их дефицитность, высокая стоимость, коррозионность, а также трудности, возникающие при транспортировке, хранении, приготовлении и дозировании указанных коагулянтов.

Для кондиционирования осадков бытовых и в особенности промышленных сточных вод применяют также синтетические флокулянты, к основным достоинствам которых следует отнести отсутствие коррозионных свойств, хорошие санитарные условия эксплуатации сооружений, низкие затраты на транспортировку.

Флокулянты делят на три основные категории: катионные, анионные и неионные. Французские исследователи указывают, что для осадков, содержащих большое количество органических веществ (зольность 25-50%), целесообразно использовать только ка тионные флокулянты. Для осадков со средним содержанием органических веществ (зольность 55 - 65%) следует комбинировать катионные и анионные флокулянты. При малом содержании органических веществ (зольность 65 - 70%) следует применять преимущественно анионные соединения.

Наиболее распространенным и эффективным неионным флокулянтом является полиэтиленоксид (ПЭО) (в технической литературе чаще всего используется название полиоксиэтилен). Состав его элементарного звена:

СН₂СНО

В качестве флокулянтов используют высокомолекулярные образцы ПЭО с молекулярной массой (М), лежащей в пределах от 410⁴ до 510⁷ (чаще всего с М10⁶). Известны и низкомолекулярные аналоги полиэтиленоксида с М до 410⁴.

Наиболее известным и часто применяемым в отечественной практике анионным флокулянтом является полиакриламид (ПАА), представляющий собой полимер акрил амида:

СН₂СНСОNH₂

|

Молекулярная масса получаемых образцов ПАА находится обычно в пределах (1  6)10 . Для аналогичных целей может быть также использована полистиролсульфокислота

СН₂СНС₆Н₄SО₂ОН

|

и другие анионные флокулянты.

В качестве катионных флокулянтов используют полиэтиленамин (ПЭИ), состоящий из звеньев двух типов:

СН₂СН₂NH

и СН₂СН^-₂HСН₂СН₂NН₂.

|

Высокомолекулярные образцы ПЭИ имеют молекулярную массу порядка (4  11) 10⁴. Возможно использовать и флокулянт ППС - полимер пиридиновой соли. Состав элементарного звена ППС:

СН₂СНС₆Н₃(СН₃)N⁺(СН₃) SО₂О-СН₃ ^-

|

Молекулярная масса ППС колеблется в пределах 10⁴  310⁶.

Для реагентной обработки осадков используют и другие катионные флокулянты. С увеличением молекулярной массы эффективность действия флокулянта повышается. Флокулянты обычно вводят в осадки в виде растворов концентрацией 0,01-0,5 % по активной части сухой массы. Зарубежные исследователи указывают, что хотя стоимость флокулянтов значительно выше стоимости минеральных реагентов, однако за счет уменьшения их доз по сравнению с дозами минеральных реагентов общая стоимость обработки при их применении сокращается примерно на 1/3.

Хорошие результаты при кондиционировании осадков дает комбинированное применение минеральных коагулянтовы и синтетических флокулянтов. Так в соответствии с одним из Британских патентов, введение в осадок перед фильтрованием флокулянта в количестве 0,001-0,5% по сухому веществу в сочетании с неорганическими коагулянтами (хлоридом железа, сульфатом железа, сульфатом алюминия и др.) при дозах 0,5-10 % (по сухому веществу осадка) позволяет получить обезвоженный на фильтр-прессах осадок влажностью 37-64%.

8.6.2. Тепловая обработка.

Тепловая обработка осадков - это перспективный метод переработки органических осадков городских и промышленных сточных вод с зольностью 30 -40%.

При использовании данного метода обрабатываемые осадки нагревают до 150-200 ^оС и выдерживают при этой температуре в закрытой емкости в течение 0,5-2 ч. В результате этой обработки происходит резкое изменение структуры осадка, около 40% сухого вещества переходит в раствор, а оставшаяся часть приобретает хорошие водоотталкивающие свойства. Осадок после тепловой обработки интенсивно уплотняется до влажности 92-94%, причем его объем составляет 20-30% от исходного объема.

Реакторы, в которых производят тепловую обработку осадков обычно представляют собой вертикальные колонны, давление в которых поддерживается в пределах 2-2,5 МПа. Конструктивные схемы некоторых реакторов для тепловой обработки представлены на рис.8.11

Рис.8.11 Конструктивные схемы реакторов.

1 - подача осадка, 2 - выгрузка отработанного осадка.

Уплотненные осадки из этих реакторов хорошо обезвоживаются на вакуум-фильтрах и фильтр-прессах. Установки для тепловой обработки обычно рассчитывают на производительность по осадку 50-2000 м³/сут.

В процессе тепловой обработки улучшаются фильтрационные свойства осадков, за счет чего влажность обезвожженных осадков достигает 40-70%.

К достоинствам рассмотренного метода следует отнести незагрязненность осадков реагентами и их стериализация, непрерывность процесса, компактность установки.

Основными недостатками рассмотренного метода являются сложность конструктивного оформления и эксплуатации установки.