Вопрос 8. Неточный ответ. Характеристика осадков, методы обработки, применяемые сооружения

Принцип работы метантенков

 Более совершенными сооружениями для сбраживания осадков являются метантенки. Сокращение сроков сбраживания в них за счет искусственного подогрева приводит к значительному уменьшению объема сооружений. В настоящее время метантенки широко применяются в отечественной и зарубежной практике.

Метантенк представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар с коническим днищем и герметическим перекрытием, в верхней части которого имеется колпак для сбора газа, откуда газ отводится для дальнейшего использования.

Осадок в метантенке перемешивается и подогревается с помощью особых устройств.

В зависимости от температуры, при которой происходит брожение, различают два типа процесса — мезофильное сбраживание, происходящее при температуре 30—35° С, и термофильное сбраживание, происходящее при температуре 50—55°С.

За рубежом в основном применяется ме-зофильный процесс. В СССР наряду с ме-зофильным сбраживанием широкое распространение получил и термофильный процесс.

Термофильное сбраживание отличается большей интенсивностью распада органических веществ и заканчивается примерно в 2 раза быстрее, за счет чего вдвое сокращается требуемый объем сооружений. На  4.50 показаны зависимости сроков сбраживания от температуры, а также ход процесса при мезофильном и термофильном сбраживании.

При термофильном сбраживании достигается полная дегельминтизация осадка, тогда как в условиях мезофильных температур погибает лишь 50—80% яиц гельминтов.

Основным преимуществом мезофильного сбраживания является обеспечение процесса теплом, получаемым от сжигания газов брожения. Подогрев осадка до термофильных температур, особенно в зимнее время, требует дополнительного расхода топлива, что влечет за собой увеличение эксплуатационных затрат.

Осадок, сброженный в термофильных условиях, значительно труднее обезвоживается, чем осадок, сброженный при мезофильном процессе, поэтому выбор температурного режима брожения должен производиться с учетом принятой схемы дальнейшей обработки осадка.

На современных очистных станциях сбраживанию обычно подвергается смесь сырого осадка и активного ила. Минерализация органических веществ осадка и ила в процессе брожения сопровождается выделением продуктов распада в газ и в иловую воду и приводит к значительным изменениям в химическом составе сброженной смеси.

Сушка осадка на иловых площадках для современных крупных очистных станций не всегда оказывается возможной, так как требует больших площадей. С иловых площадок распространяется запах, кроме того, они содействуют выплоду мух. Поэтому для крупных станций необходимо применять более совершенные способы обезвоживания осадка, к числу которых прежде всего относится    механическое   удаление влаги.

Для механического обезвоживания осадка могут быть применены вакуум-фильтрация, центрифугирование и фильтрпрессование.

Вакуум-фильтрация. Из обезвоживающих аппаратов наибольшее распространение получили барабанные вакуум-фильтры ( 4.62), представляющие собой горизонтально расположенный барабан, боковая поверхность которого имеет перфорированную обечайку и обтянута сверху фильтровальной тканью

Внутренняя полость барабана продольными радиальными перегородками делится на несколько изолированных секторов — самостоятельных камер.

Барабан вращается на валу, совершая один оборот за 4—7 мин. На конце вала установлена распределительная головка фильтра, соединенная с вакуум-насосом и линией сжатого воздуха.

Примерно на 7з диаметра барабан погружен в корыто, куда поступает подлежащий обезвоживанию осадок. При вращении барабана часть секций погружается в фильтруемый осадок. Через распределительную головку эти секции подключаются к линии вакуума, значение которого зависит от вида обезвоживаемого осадка и составляет 0Д>4—0,067 МПа, Под действием вакуума осадок налипает на фильтровальную ткань. В этих же камерах (при выходе их из корыта), а также под действием вакуума происходит отделение воды от твердого вещества, т. е. собственно процесс обезвоживания осадка. Фильтрат проходит через фильтровальную ткань внутрь секции барабана, откуда отводится в ресивер для отделения от воздуха. Затем фильтрат перекачивается на биологическую очистку, так как содержит 300—600 мг/л взвешенных веществ и БПК его достигает 400—600 мг/л. Камеры соединяются с линией сжатого воздуха, который отделяет обезвоженный осадок, налипший на фильтровальную ткань. Обезвоженный осадок влажностью 70— 80%, снятый с поверхности барабана специальным ножом, поступает на транспортер, откуда его направляют на последующую сушку или к месту использования.

  Таким образом, за один оборот барабана происходит непрерывное автоматическое чередование процессов образования кека, его обезвоживания, подсушки и снятия с поверхности барабана. Пропускная способность вакуум-фильтров в значительной мере зависит от удельного сопротивления осадка. По данным АКХ, удельное сопротивление осадков колеблется в широких пределах: для смеси осадка и ила, сброженной в мезофильных условиях, — от 520- 10ю до 9140- 10ш см/г, для термофильно сброженной смеси— от 3953-10ю до 9500-1010 см/г. Считается, что устойчивая работа вакуум-фильтров может быть обеспечена, если удельное сопротивление смеси не превышает 60-1010 см/г.

Для снижения удельного сопротивления осадок перед обезвоживанием предварительно обрабатывают. Для сброженных осадков обычно применяют промывку с последующим уплотнением и обработку химическими реагентами.

Осадок и промывная вода перемешиваются в течение 6—10 мин сжатым воздухом, подаваемым в смеситель из расчета 0,5 м3 на 1 м3 смеси. Далее смесь поступает в отстойник-уплотнитель, где находится 12—18 ч. Отстоявшаяся вода с концентрацией взвешенных веществ 500—1500 мг/л направляется в первичные отстойники, а уплотненный осадок — на дальнейшую обработку. Промывка и уплотнение сброженной смеси осадка и активного ила позволяет снизить ее влажность с 97—97,5% приблизительно до 95%.

Промывкой, кроме того, достигается удаление из осадков части коллоидных веществ и самой мелкой фракции, затрудняющей фильтрацию и засоряющей ткань фильтра, а также снижение щелочности осадка, что позволяет несколько уменьшить расход химических реагентов.

К промытому и уплотненному осадку последовательно добавляют реагенты: 10%-ный раствор FeCl3 и Са(ОН)2 в виде 10%-ного известкового молока. В присутствии Са(ОН)2 гидролиз хлорида железа идет до конца и образуются хлопья Fe(OH)3. Частицы осадка объединяются хлопьями гидроксида железа в достаточно крупные агрегаты. Инертная часть извести играет роль присадочного материала.

В результате такой обработки удельное сопротивление осадка значительно снижается и осадок легче отдает воду.

Дозы реагентов рассчитывают в процентах на сухое вещество в зависимости от характера осадка, подлежащего обезвоживанию. Реагенты вводятся непосредственно перед подачей осадка на вакуум-фильтрацию, так как хранение обработанного осадка, а также перекачивание насосами ухудшают его водоотдачу.

В последние годы получил распространение способ механического обезвоживания сырого осадка без сбраживания его в метантенках. Этот способ особенно целесообразен при ограниченной территории очистных сооружений.

Благодаря лучшей водоотдаче сырого осадка по сравнению со сброженным предварительная его обработка ограничивается только последовательной добавкой реагентов.

При обезвоживании сырого осадка на барабанных вакуум-фильтрах происходит   быстрое   заиливание   фильтровальной   ткани,   пропускная способность которой зачастую не поддается восстановлению даже с увеличением числа обычных промывок водой и ингибированной соляной кислотой (кислота с добавкой ингибитора ПБ для предотвращения коррозии металла). Поэтому вакуум-фильтры должны иметь более эффективные приспособления для восстановления фильтрующей способности ткани.

Принципиальная схема вакуум-фильтра с непрерывной регенерацией фильтровальной ткани приведена на  4.65. Фильтровальная ткань при вращении барабана сходит на систему роликов 2, 4 и 9. При прохождении ее через разгрузочный ролик кек отделяется от ткани и снимается ножом. При этом происходит одновременная отдувка кека и очистка ткани сжатым воздухом, подающимся в разгрузочный (полый) ролик. При движении ткани от полого ролика к натяжному и возвратному роликам происходит промывка ее с обеих сторон водой и ингибированной соляной кислотой, подающейся под давлением из насадок. Натяжной и возвратный ролики самоустанавливающиеся, благодаря чему ткань на барабане всегда натянута должным образом.

Расчет вакуум-фильтрационных установок включает расчет сооружений по промывке и уплотнению осадка, расчет реагентного хозяйства, определение числа барабанных вакуум-фильтров, необходимых для обезвоживания имеющегося осадка. Расчет сводится к определению площади фильтрующей поверхности и ведется по пропускной способности вакуум-фильтров, которая зависит от вида обезвоживаемого осадка.

Схемы нашли наибольшее применение для обезвоживания осадков. Однако им присущ ряд недостатков, важнейшим из которых является сложность предварительной подготовки осадка к обезвоживанию. Большой расход и высокая стоимость химических реагентов, трудности в их приготовлении и дозировании, коррозия трубопроводов и оборудования при применении хлорного железа — все это требует поисков более простых и эффективных методов подготовки осадков к обезвоживанию. К числу таких методов относятся термические приемы воздействия на физико-химические свойства осадка.

В ряде стран (Англия, Швейцария, ФРГ) получила распространение тепловая обработка осадка перед обезвоживанием.

Сущность метода состоит в прогревании осадков при температуре 140—200 °С и соответствующем давлении.

Схема тепловой обработки осадка представлена на  4.66. Осадок после нагревания в теплообменнике подается в реактор, где прогревается при определенной температуре в течение заданного времени. Обработанный осадок возвращается в теплообменник, где отдает свое тепло поступающему осадку и охлаждается до 30—40 °С. После отстаивания в уплотнителе осадок без какой-либо дополнительной обработки обезвоживается на вакуум-фильтре.

В МИСИ им. В. В. Куйбышева проведены исследования метода тепловой обработки для определения технологических параметров процесса. Установлено, что температурный режим и продолжительность обработки зависят от характера обрабатываемого осадка. В частности, для уплотненного активного ила необходимо прогревание его при температуре 185—196 °С в течение 60—75 мин. При тепловой обработке часть органических веществ разрушается и продукты распада переходят в газ и в иловую воду. Вследствие изменения физико-химических свойств осадков резко увеличивается их способность к влагоотдаче. Только гравитационное уплотнение позволяет удалить до 75% первоначально содержавшейся в осадке воды. Одним из существенных достоинств этого метода является полная стерильность обработанного осадка. Кроме того, при обезвоживании таких осадков на вакуум-фильтрах образуется кек более низкой влажности (55—70%), что позволяет исключить термическую сушку осадка. Осадок после обезвоживания может складироваться на открытых площадках.

К числу недостатков метода относятся сложность конструктивного оформления и высокая концентрация (БТ1К до 7000 м^/л) органических веществ в иловой воде, которую необходимо поэтому направлять на биологическую очистку. Однако значительное упрощение схемы обработки осадков (возможность исключения метантенков, отказ от промывки и реагентной обработки осадка) позволяет считать этот метод весьма перспективным.

Центрифугирование. Начиная с 50-х годов на зарубежных очистных станциях для обезвоживания осадков широко применяют непрерывно действующие осадительные центрифуги.

Метод центрифугирования начинают использовать и в отечественной практике. Для обезвоживания осадков применяют горизонтальные осадительные центрифуги со шнековым устройством для выгрузки осадка типа НОГШ.

Основными элементами ее являются конический ротор со сплошными стенками и полый шнек. Ротор и шнек вращаются в одну сторону, но с разными скоростями. Под действием центробежной силы частички твердой фазы отбрасываются к стенкам ротора и вследствие разности частоты вращения ротора и шнека перемещаются к отверстию в роторе, через которое обезвоженный осадок попадает в бункер кека. Образовавшаяся в результате осаждения твердых частиц жидкая фаза (фугат) отводится через отверстия, расположенные с противоположной стороны ротора.

Эффективность задержания твердой фазы осадков и влажность кека зависят от характера обезвоживаемого осадка (при обработке городских сточных вод более половины твердой фазы выносится с фугатом). Низкое качество фугата и необходимость его дальнейшей обработки являются основным недостатком метода центрифугирования. Наибольшее содержание взвешенных веществ остается в фугате при центрифугировании активного ила. Академией коммунального хозяйства предложена схема обработки активного ила, по которой ил из вторичных отстойников подвергается центрифугированию, а образующийся фугат направляется в аэротенки вместо циркуляционного активного ила или в смеси с ним. Использование фугата в качестве возвратного активного ила не ухудшает качества очистки сточных вод по сравнению с обычным вариантом и позволяет исключить из схемы уплотнение активного ила. Эта схема заложена в проекты очистных станций ряда городов Московской области.

Фугат после центрифугирования сброженного осадка направляют на иловые площадки.

Пропускная способность серийно выпускаемых центрифуг НОГШ не превышает 13 м3/ч по исходному осадку, поэтому они могут быть   рекомендованы для применения на станциях с расходом сточных вод не более 40 000 м3/сутки.

На очистных станциях Швеции широкое применение нашли осадительные горизонтальные центрифуги фирмы «Альфа-Лаваль» ( 4.68). Пропускная способность центрифуг различных марок составляет от 4 до 13—20 м3/ч. Эффективность задержания твердой фазы значительно выше, чем при применении центрифуг НОГШ, и достигает 70—95%.

Высокая эффективность обеспечивается добавлением к обрабатываемому осадку высокомолекулярных полиэлектролитов. Для каждого вида осадков опытным путем подбирается соответствующий полиэлектролит. Обезвоженный осадок имеет влажность 65—75%.

 Установки фирмы «Альфа-Л аваль» для центрифугирования осадкоз монтируются стационарно (для крупных станций) или на автомобиле. Подвижная установка позволяет обслуживать    несколько    небольших станций.

Фильтрпрессование. Отечественной промышленностью серийно выпускается автоматизированный фильтрпресс с горизонтальными камерами ФПАКМ, раз-j работанный Укрниихиммашем. Схема действия этого пресса представлена на  4.69. Фильтр состоит из нескольких 2 фильтровальных плит и фильтрующей ткани, протянутой между ними с помощью направляющих роликов. Поддерживающие плиты связаны между собой четырьмя вертикальными опорами, воспринимающими нагрузку от давления внутри фильтровальных плит. В натянутом состоянии ткань поддерживается с помощью гидравлических устройств.

В камеру 5 по коллектору 9 подается осадок и воздух (положение А). По каналам 13 фильтрат и воздух отводятся в коллектор И. Затем осадок отжимается диафрагмой, для чего в полость 12 нагнетается вода под давлением (положение Б). После этого плиты раздвигаются (положение В), фильтровальная ткань  передвигается и кек снимается с нее ножами. Ткань промывается и очищается    в специальном устройстве.

Перед обезвоживанием предусмотрена обработка осадка химическими реагентами — 10%-ным раствором FeCl3 и известковым молоком. В расчете на сухое вещество осадка доза FeCl3 принимается равной 5%, Са(ОН)2—20%.

Обезвоживание осадка на фильтрпрессах позволяет получить кек влажностью 70—75%. При этом концентрация взвешенных веществ в фильтрате достаточно высока и составляет 1000—1300 мг/л. Пропуск-пая способность фильтрпресса по сухому веществу осадка равняется 20—25 кг/ч на 1 м2 площади фильтрования при давлении прессования 0,2 МПа.

За рубежом применяют фильтрпрессы и других типов.

Вопрос 11 .ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ОСАДКОВ

Осадок сушится проходящими через сушилку топочными газами, получаемыми в результате сжигания газа в топке. При сжигании газа в топку подается избыточный объем воздуха. Движение топочных газов создается дутьевым и отсасывающим вентиляторами.

Для расчета сушилок основной величиной является масса испаряемой влаги. Эта величина зависит от типа сушилки, материала, температуры и других факторов. По СНиП П-32-74 барабанную сушилку рекомендуется рассчитывать на испарение 60 кг/ч влаги на 1 м3 объема барабана при влажности обезвоженного осадка 78—80%, температуре топочных газов на входе 700—800° С, на выходе 100—200° С. Влажность высушенного осадка поддерживают в пределах 30—35%, так как более глубокая сушка приводит к значительному пылению осадка и осложняет его транспортирование.

Основными недостатками барабанных сушилок являются их громоздкость и большая металлоемкость, высокие капитальные и эксплуатационные затраты.

Барабанные сушилки применяются и за рубежом. Например, на станции Лонг-Бич (Англия) барабанная сушилка установлена для окончательной сушки осадка после вакуум-фильтров. Барабан этой сушилки имеет длину 9,3 м и диаметр 1,87 м. Температура газов на входе в сушилку 538° С, на выходе—188° С.

Поступающий осадок имеет влажность 70%, а подсушенный—40%. Сухой осадок измельчается в дробилке и продается как удобрение, что окупает 60% расходов по станции.

На многих очистных станциях США применяют пневматические сушилки фирмы «Раймонд» ( 4.72). Обезвоженный осадок предварительно смешивают с термически высушенным и измельчают в сушильных мельницах. Осадок сушат в вертикальной трубе длиной до 20 м, по которой снизу вверх движется смесь топочных газов и взвешенных в их потоке часгиц осадка. Высушенный осадок с влажностью до 10% отделяют от отходящих газов в циклоне и с помощью раздаточного узла либо расфасовывают для отправки потребителю, либо подают в печь, где его сжигают вместе с дополнительным топливом, в качестве которого используют городской мусор, нефть, мазут. Туда же отсасывающим вентилятором подают запыленные отходящие газы. Часть обезвоженного осадка шнековым питателем подают в сушильную мельницу.

В последнее время широко применяются сушилки со взвешенным слоем. В зависимости от гидродинамического режима сушки различают аппараты с кипящим и фонтанирующим слоем.

Для сушки пастообразных материалов, к которым относится и обезвоженный осадок, наиболее перспективными являются сушилки с фонтанирующим слоем. Они представляют собой аппараты переменного по высоте сечения, цилиндро-коническои или конической формы. Влажный осадок из бункера с помощью питателя подается в сушильную камеру. Теплоноситель, поступающий в сушилку через газораспределительную решетку, подхватывает частицы влажного осадка, увлекает их за собой и фонтаном отбрасывает к стенкам камеры. Частицы осадка сползают по боковым поверхностям конуса к решетке, где вновь подхватываются потоком теплоносителя. Осадок таким образом циркулирует в сушильной камере. Высушенный осадок выгружается через разгрузочное устройство. Время обработки осадка можно изменять регулируя уровень выгрузки готового продукта с помощью переливного порога. Вместе с отработанным теплоносителем из сушилки выносится пылевидная часть осадка, которая улавливается в циклоне и подмешивается в загрузочном бункере к влажному осадку.

В исследованиях, проведенных на кафедре канализации МИСИ им. В. В. Куйбышева, опытная цилиндро-коническая сушилка с фонтанирующим слоем применялась для сушки осадков сточных вод фабрик первичной обработки шерсти. Эксперименты дали положительные результаты. Исследования показали также принципиальную возможность сушки осадков городских сточных вод в фонтанирующем слое.

По сравнению с другими типами сушилок и особенно барабанными сушилки с фонтанирующим слоем обладают рядом преимуществ: отсутствие движущихся частей, простота конструкции, возможность полной автоматизации процесса. Вследствие большой турбулентности фонтанирующего слоя происходит интенсивный тепло- и массообмен между твердыми частицами и газом. Интенсивное перемешивание частиц в слое приводит к быстрому выравниванию температур по всему объему сушилки. Это устраняет возможность перегрева высушиваемого материала, даже при использовании высокотемпературного теплоносителя, и приводит к значительному снижению расхода топочных газов и увеличению коэффициента  полезного действия сушилки.

Термическая сушка жидких осадков. Такой вариант обработки осадков требует большого расхода тепла на испарение влаги, что влечет за собой увеличение эксплуатационных расходов. Однако применение этого метода может быть оправдано только в отдельных случаях для сушки небольших объемов осадков, например для подготовки активного ила к использованию в качестве кормовой добавки к рациону сельскохозяйственных животных. Технология обработки ила для получения сухого кормового продукта должна обеспечить сохранность белково-вита-минного комплекса, а также полную санитарную безопасность продукта. Этим требованиям удовлетворяют распылительные сушилки и сушилки со взвешенным слоем. Сушилки обоих типов при работе в «мягком» режиме, т. е. при температуре теплоносителя не более 250° С, позволяют быстро обрабатывать термолабильные материалы, сохраняя их питательную ценность. В распылительных сушилках из высушиваемой суспензии образуется тонкодисперсное облако. Соприкасаясь с нагретым газом, вода мгновенно испаряется, а высушенный продукт вместе с потоком сушильного агента направляется в циклон для разделения. Недостатком распылительных сушилок является их громоздкость и низкое напряжение сушильной камеры по влаге, которое, по данным АКХ, при сушке уплотненного активного ила не превышало 9,7 кг/м3.

Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова проведе-" ны исследования по сушке уплотненного активного ила в сушилках с кипящим слоем инертного носителя. В качестве последнего могут быть использованы кварцевый песок, стеклянные шарики, фторопластовая крошка, а также гранулы высушенного материала. Схема такой сушилки представлена на  4.74. Инертный носитель загружается на газораспределительную опорную решетку, через которую в сушилку подается газ-теплоноситель. При определенной скорости газового потока частички инертного материала переходят во взвешенное состояние. Такой взвешенный и расширенный слой инертного носителя напоминает кипящую жидкость, отчего и называется кипящим или псевдоожиженным. Активный ил, подлежащий сушке, с помощью форсунки вводится в слой инертного материала и; попадая на поверхность его частиц, быстро высушивается. Вместе с потоком отработанного теплоносителя высушенный продукт выносится из сушилки в циклон, где происходит их разделение. Напряжение сушильной камеры по испаряемой влаге( по данным АКХ) при сушке активного ила с влажностью 97,4—98% составляет 600—960 кг/(м3-ч) при температуре теплоносителя на входе 160—250° С.

В комбинированной сушилке-грануляторе типа РКСГ, разработанной Научно-исследовательским институтом удобрений и инсектофунгицидов, совмещены принципы распыления и кипящего слоя. На первом этапе идет интенсивная сушка суспензий в распылительной части сушилки, затем влажный материал досушивается и гранулируется в кипящем слое. Получение высушенного продукта в виде гранул уменьшает пыление.

Опытные образцы таких сушилок испытывали в АКХ и Мосводока-налниипроекте. Получены положительные результаты.

Сжигание осадков. Для сжигания осадков в США, ФРГ и Японии применяют многоподовые печи, в ряде стран (Франция, Швейцария, США, ФРГ; Япония) для этой цели используют реакторы с кипящим слоем.

Принципиальная схема многоподовой печи приведена на  4.75. Корпус печи выполнен в виде стального цилиндра диаметром 1—7 м, внутренняя поверхность которого футерована огнеупорным материалом. Печь имеет от 4 до Н горизонтальных огнеупорных подов, расположенных один под другим. К вертикальному вращающемуся валу над каждым подом прикреплены радиальные скребковые мешалки. Осадок подается через загрузочное устройство на верхний под, перемешивается мешалками, сдвигается ими к центральному отверстию пода и попадает на нижележащий под. Перемещение осадка по этому поду идет в противоположном направлении. На следующий под осадок попадает через кольцевое отверстие, расположенное по периферии пода.

На верхних подах происходит сушка осадка, в результате которой влажность его с 70—80% снижается до 40—50%. В средней зоне печи при подаче избыточного (до 50%) объема воздуха, а при необходимости и топлива происходит сгорание осадка. Температура в этой зоне достигает 770—925° С. Воздух нагнетается воздуходувкой через вал, благодаря чему последний предохраняется от перегрева. По рециркуляционному трубопроводу нагретый примерно до 200° С воздух возвращается в зону сгорания. Такая циркуляция воздуха исключает необходимость его подогрева. На нижних подах образовавшаяся при сгорании осадка зола охлаждается и через выгрузочное отверстие выпускается в зольный бункер. Отработанный газ с температурой 370—425° С после очистки в мокрых скрубберах выбрасывается в атмосферу.

Многоподовые печи надежны в эксплуатации и просты по конструкции. К числу их недостатков следует отнести высокую строительную стоимость и большие размеры.

Принципиальная схема установки для сжигания осадка в реакторе с кипящим слоем приведена на  4.76. Обезвоженный осадок шнеко-вым питателем подается в кипящий слой инертного носителя — силикатного песка. Псевдоожиженный слой образуется при продувании через слой песка горячего воздуха. Сжигание ведется при небольшом (10—20%) избытке воздуха. При пуске установки и сжигании малокалорийных осадков в реактор подают газообразное топливо. В кипящем слое при температуре около 750° С.происходит интенсивное перемешивание осадка и песка. Частицы осадка измельчаются за счет соударения и взаимного трения с частицами инертного носителя. Происходит прогрев осадка, испарение влаги, сгорание горючих компонентов.

В отличие от многоподовых печей в реакторе с кипящим слоем не предусмотрены устройства для удаления золы. Образовавшаяся зола, состоящая из пылевидных частиц, выносится из реактора потоком газов и улавливается в мокром скруббере. Принимается такая скорость газового потока, которая обеспечивает вынос только легкой фракции золы; более тяжелые частицы остаются в реакторе до тех пор, пока не будут достаточно измельчены.

Реакторы с кипящим слоем находят все более широкое применение для сжигания различных осадков. Обеспечивая высокую эффективность процесса, эти установки отличаются компактностью и простотой эксплуатации. Их достоинством является также возможность полной автоматизации процесса.

Вопрос 12Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях

Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях может осуществляться в биологических прудах, на полях фильтрации и сооружениях подземной фильтрации, а также на земледельческих полях орошения.

Биологические пруды — искусственно созданные неглубокие водоемы, в которых происходит биологическая очистка сточных вод на слабо фильтрующих грунтах, основанная на процессах, протекающих при самоочищении водоемов. Биологические пруды можно также использовать для доочистки сточных вод после их прохождения через другие сооружения для биологической очистки. Пруды бывают одиночные (мелкие непроточные глубиной 0,6—1,2 м) или состоящие из трех — пяти прудов, через которые медленно протекает осветленная или биологически очищенная на биофильтрах сточная жидкость.

Для очистки сточных вод в IV климатическом районе биологические пруды можно применять круглый год, во II и III климатических районах — только в теплый сезон, а в холодный сезон при условии, что вода в биопрудах имеет температуру не ниже 8°С.

Очистка сточных вод в биологических прудах может происходить в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробные пруды имеют глубину 2,5—3 м, нагрузка по БПК для бытовых сточных вод составляет 300—350 кг/ /(га-сут). Аэробные биопруды с естественной аэрацией можно использовать для очистки сточных вод с концентрацией по БПК.5 не выше 200—250 мг/л в IV климатической зоне круглогодично, а во II и III климатических зонах — только в теплый период. Расчетная нагрузка на пруды для отстоенных сточных вод принимается до 250 м3/(га-сут), для биологически очищенных вод — до 5000 м3/(га-сут). При площади пруда 0,5—0,25 га время пребывания сточных вод в зависимости от нагрузки колеблется от 2,5 до 10 сут.

Бнопруды для полной очистки целесообразно осуществлять в две — три ступени, принимая в каждой из ступеней степень очистки по БПК.5 равной 70 %. Для интенсификации процесса очистки сточных вод в биопруды искусственным путем подается кислород воздуха. Такие биопруды занимают значительно меньшую площадь и менее зависят от климатических условий, они могут работать и при температуре воздуха от —15 до — 20 °С, а в отдельные дни и до —45 °С.

Исследования ВНИИ ВОДГЕО, МИСИ им. В. В.Куйбышева и ЦНИИЭП инженерного оборудования, а также результаты производственных испытаний Белорусского научно-исследовательского санитарно-гигиенического института подтвердили целесообразность применения аэрируемых биопрудов для очистки сточных вод в сельской местности пропускной способностью 100—10 000 м3/сут, а для доочистки — до 50 000 м3/сут.

Аэрируемые биопруды можно использовать для очистки сточных вод с концентрацией по БПК5 ДО 500 мг/л, они обеспечивают эффективную очистку сточных вод во II и III климатических зонах. В северных районах II климатической зоны, а также в районах с устойчивыми ветрами в зимнее время года более целесообразно применять биологические пруды с рециркуляционным циклом (возвратом) иловой смеси, имеющие лучшие теплотехнические характеристики. Перед биопрудами следует предусматривать механическую очистку сточных вод. При концентрации взвешенных веществ до 250 мг/л время отстаивания можно принимать равным 0,5 ч, при концентрации 250—500 мг/л—1 ч.

Рис. 1. План станции биологической очистки сточных вод пропускной способностью 700 м3/сут 1, 2, 3, 4— аэрируемые пруды соответственно I, II,III, IV ступени: 5 — пруд-отстойник; 6 — контактный пруд; 7— производственное здание: 8 — всасывающий трубопровод технической воды; 9 — воздуховод; 10 — напорный трубопровод технической воды; 11 — приемная камера; 12 — подводящий трубопровод диаметром 300 мм; 13 — двухъярусный отстойник; 14, 17 — песковые площадки; 15 — пескопровод; 16 — иловые площадки

На строительство очистных сооружений g аэрируемыми биопрудами требуются наименьшие капитальные вложения по сравнению с очисткой другими методами. Удельные затраты на этих станциях на 20—50 % ниже. Кроме того, аэрируемые биопруды характеризуются высоким уровнем механизации земляных работ и минимальным расходом железобетона и других строительных материалов.

Поля фильтрации можно применять в отдельных случаях при наличии непригодных для сельскохозяйственного использования земельных участков с фильтрующими грунтами, при отсутствии опасности загрязнения грунтовых вод, используемых для питьевых нужд. Земельные участки полей фильтрации специально подготовляют для биологической очистки сточных вод, не допуская их использования для агрокультурных целей. Подаваемая на поля сточная вода поступает на отдельные участки (карты) по системе открытых лотков или каналов (разводные каналы); комплекс этих каналов составляет оросительную сеть. Сбор и отвод профильтровавшейся очищенной воды осуществляется с помощью дренажа, который может быть открытым в виде канав по периметру карт или закрытым, состоящим из дренажных труб, уложенных по карте на глубине 1,5—2 м, и канав. Система дренажа и канав образует осушительную систему. Каналы выполняют из кирпича, бута, железобетона, бетона или делают земляными. Каналы имеют прямоугольное или трапецеидальное поперечное сечение; размещают их по ограждающим земляным валкам.

При проектировании полей фильтрации выбирают открытые, не затопляемые весенними водами участки со спокойным рельефом местности с естественным уклоном не более 0,02. Для устройства полей фильтрации не пригодны участки, расположенные близко от мест выклинивания водоносных горизонтов, а также торфяные и глинистые почвы и солончаки. Наиболее пригодны песчаные и супесчаные грунты. Поля рекомендуется располагать с подветренной стороны на определенном расстоянии от жилых массивов в зависимости от расхода сточной воды: при расходе до 5000 м3/сут это расстояние принимают 300 м, при 5000—50 000 м3/сут —500 м и свыше 50 000 м3/сут—1000 м. По контуру полей обычно высаживают иву и другие влаголюбивые насаждения. Ширину полосы насаждений принимают 10—20 м в зависимости от удаленности полей от населенных пунктов.

Бытовые сточные воды, очищенные на полях фильтрации, имеют БПК 10—15 мг/л, стойкость 99% (т.е. не загнивают), содержат нитратов до 25 мг/л. Количество бактерий уменьшается на 99—99,9% по сравнению с содержанием их в исходной воде. Специальная дезинфекция не требуется. Для успешной эксплуатации полей необходимо подавать на них сточную воду, предварительно осветленную, т.е. в значительной степени освобожденную от взвешенных частиц. Кроме того, при отстаивании из сточной жидкости выделяется в осадок до 50—-80 % гельминтов, что снижает загрязнение ими почвы в 7—10 раз.

Требуемую площадь для полей фильтрации определяют исходя из нормы нагрузки — допустимого количества сточной воды, которое может быть очищено на 1 га поверхности полей. Кроме того, учитывают характер грунтов, уровень грунтовых вод и среднегодовую температуру по нормам нагрузок. Нормы нагрузки осветленных сточных вод на поля фильтрации для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков 300—• 500 мм приведены в СНиП 2.04.03-85.

Для устройства ограждений карт, оросительной сети, дорог и въездов на карты необходимо предусматривать дополнительную площадь. Так, при полезной площади полей фильтрации до 0,3 га дополнительная площадь предусматривается равной 100% полезной площади, при 0,5 га—90, при 0,8—80, при 1 га—60 и более 1 га— 40% полезной площади полей.

При устройстве полей фильтрации обычно предусматривают постоянную и временную оросительные сети. Постоянная оросительная сеть (рис. 2) состоит из магистрального канала, групповых распределительных каналов и картовых оросителей, обслуживающих отдельные карты. Картовын ороситель — последний элемент постоянной сети.

Рис. 2. Схема полей орошения 1 — магистральные и распределительные каналы; 2 — нартовые оросители; 3 — осушительные канавы; 4 — дренаж; 5 — дороги

Оросительную сеть проектируют из керамических или асбестоцементных труб диаметром 75—100 мм. Допускается применение оросительных лотков из кирпича, бетона и других материалов. Укладывают оросительные трубы в песчаных грунтах с уклоном 0,001—0,003, а в супесчаных — горизонтально. Расстояние между параллельными оросительными трубами в песках 1,5—2,0 м, в супесях—2,5 м. Керамические трубы прокладывают с зазорами 15—20 мм; над стыками труб следует предусматривать накладки. В асбестоцементных трубах оросительных сетей снизу делают пропилы на половину диаметра шириной 15 мм. Расстояние между пропилами должно быть не более 2 м. Для притока воздуха на концах оросительных труб устанавливают стояки диаметром 100 мм, возвышающиеся на 0,5 м над поверхностью земли.

Рис. 3. Схема устройства полей подземной фильтрации 1 — выпуск из здания; 2 — трехкамер-ный септик из железобетонных колец; 3 — дозирующая камера с дозирующим сифоном; 4 — распределительная камера; 5 — дрены

Осушительную сеть на полях фильтрации предусматривают при неблагоприятных грунтовых условиях. Она состоит из дренажа, сборной сети, отводящих линий и выпусков. Дренажная система является составной частью полей, так как позволяет своевременно отводить излишнюю влагу почвы и способствует прониканию воздуха в деятельный слой, без которого не может проходить аэробный окислительный процесс. В малопроницаемых грунтах (суглинках) сооружают закрытый дренаж, в проницаемых грунтах (пески, супеси) дренаж или вообще не требуется, или устраивают открытые осушительные канавы.

Расстояние между дренами зависит от степени водопроницаемости грунта, глубины осушаемого слоя, глубины заложения дрен, количества отводимой воды и пр. Для предварительных расчетов расстояние между дренами в песках принимают 16—25 м, в супесях 12—15 м и в легких суглинках 8—10 м. В крупнозернистых песках в некоторых случаях дренаж сооружают в виде открытых осушительных канав с расстоянием между ними до 100 м.

Закрытый дренаж устраивают преимущественно из неглазурованных гончарных труб диаметром 75—100 мм.

Дрены следует располагать перпендикулярно направлению потока грунтовых вод с уклоном 0,0025—0,005. Между трубами оставляют зазоры 4—5 мм. Под стыками укладывают глиняную подушку, сверху стыки перекрывают толем или войлоком. Открытые осушительные канавы, сборные сети и выпуски устраивают в виде каналов трапецеидальной формы с боковыми стенками под углом естественного откоса грунтов.

В зимнее время после промерзания почвы фильтрация сточных вод на полях фильтрации значительно замедляется, а иногда полностью прекращается, и напускаемые на поля сточные воды намораживаются. Поэтому в районах с холодным и умеренным климатом поля фильтрации следует проверять на намораживание. Обычно высоту слоя намораживания сточных вод принимают 0,6—0,8 м, в соответствии с чем определяют высоту валов, ограждающих карту.

Сооружения подземной фильтрации. Для очистки малых количеств сточных вод применяют поля подземной фильтрации. Сточную воду от здания или группы зданий направляют для предварительного осветления в септик (рис. 3). Осветленная вода поступает в сеть уложенных на глубине 0,3—1,2 м трубопроводов с незаделан ными стыками, через которые сточная вода проникает в грунт, где происходит ее дальнейшая очистка. Очищенная сточная вода не собирается в осушительную сеть, а просачивается в толщу грунта или частично уходит с грунтовым потоком.

На территории полей подземной фильтрации допускается выращивание огородных культур. Недостатком полей фильтрации является необходимость устройства широкой зоны санитарного разрыва (200—300 м). Для объектов с расходом сточных вод до 12 м3/сут в отдельных случаях (при наличии фильтрующих грунтов, глубоком залегании грунтовых вод и отсутствии опасности загрязнения водоносных горизонтов, используемых для питьевого водоснабжения) могут быть приняты очистные сооружения, работающие по принципу подземной фильтрации сточных вод (песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи, фильтрующие колодцы). Эти сооружения достаточно просты в строительстве и эксплуатации и предназначаются для полной биологической очистки.

Сооружения подземной фильтрации (в отличие от наземных полей фильтрации) могут находиться вблизи обслуживаемых ими зданий и не требуют строительства наружной канализационной сети значительной протяженности. Сточная вода на очистные сооружения поступает самотеком, в связи с чем не требуются станции перекачки. Такие сооружения целесообразно устраивать в песчаных, супесчаных и легких суглинистых грунтах.

Сточную воду от здания или группы зданий направляют для предварительного осветления в септик. Осветленная вода через дозирующую камеру и распределительный колодец поступает в дренажные трубы, расположенные выше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м, или фильтрующий колодец. Через незаделанные стыки и пропилы труб или отверстия в стенках колодца осветленная жидкость попадает в грунт, где происходит ее дальнейшая очистка. При работе систем подземной фильтрации исключается загрязнение воздуха и верхних слоев почвы.

Типовые проекты очистных сооружений систем подземной фильтрации разработаны в соответствии с унифицированным рядом таких сооружений малой производительности 0,5—12 м3/сут. Номенклатура типовых проектов включает: септики; системы с полями подземной фильтрации и фильтрующими колодцами, применяемые в песчаных и супесчаных грунтах; системы с фильтрующими траншеями и песчано-гравийными фильтрами, используемые при суглинистых и глинистых грунтах.

Септик представляет собой подземное сооружение, в котором сточные воды протекают с малой скоростью, при этом взвешенные вещества выпадают в осадок, а жидкость осветляется в течение 1—4 сут. Выпавший осадок в септике подвергается длительному перегниванию (сбраживанию) в течение 6—12 мес под воздействием анаэробных микроорганизмов.

Расчетные объемы септиков следует принимать из условий очистки их не менее 1 раза в год. При средне-зимней температуре сточных вод выше 10°С или при норме водоотведения более 150 л/(чел-сут) полный расчетный объем септика может быть уменьшен на 20%.

При расходе сточных вод до 1 м3/сут предусматривают однокамерные септики, до 10 м3/сут — двухкамерные и свыше 10 м3/сут — трехкамерные. Объем первой камеры в двухкамерных септиках принимают равным 0,75; в трехкамерных—0,5 расчетного объема. В последнем случае объем второй и третьей камер должен составлять по 0,25 расчетного объема. В септиках из бетонных колец все камеры могут быть равного объема. При расходах более 5 м3/сут каждую камеру следует разделять продольной стенкой на два одинаковых отделения. Минимальные размеры септика: глубина (от уровня воды) 1,3, ширина 1, длина или диаметр 1 м. Максимальная глубина септика не более 3,2 м. В септиках должна быть предусмотрена естественная вентиляция. В типовом проекте разработаны септики пропускной способностью 0,5— 0,25 м3/сут (рис. 4).

Песчано-гравийный фильтр представляет собой котлован, в который уложена фильтрующая засыпка. В зависимости от числа слоев засыпки фильтры бывают одно- и двухступенчатые. В одноступенчатых фильтрах применяют крупнозернистый песок слоем 1 —1,5 м, в двухступенчатых фильтрах первая ступень загружается гравием, коксом, гранулированным шлаком слоем 1— 1,5 м, вторая — аналогично одноступенчатому фильтру.

Фильтрующая траншея — конструктивная разновидность песчано-гравийных фильтров — представляет собой рассредоточенные и удлиненные фильтры. Траншеи применяют в тех случаях, когда устройство песчано-гравийных фильтров не допускается из-за близкого расположения грунтовых вод и невозможен их отвод дренажной сетью из-за рельефа местности. Расчетную длину фильтрующих траншей принимают в зависимости от расхода сточных вод и нагрузки на оросительные трубы, но не более 300 м, ширину траншей по низу — не менее 0,5 м.

В фильтрующих траншеях в качестве загрузочного материала используют крупно- и среднезернистый песок и другие крупнозернистые материалы с толщиной слоя (между оросительной и дренажной трубой) 0,8—1 м. Для оросительных труб и отводящих дрен фильтров и траншей применяют трубы минимального диаметра 100 мм, укладывая их в гравийную (или из других крупнозернистых материалов) обсыпку толщиной 5—20 см. Глубина заложения оросительных труб от поверхности земли должна быть не менее 0,5 м. Расстояние между параллельными оросительными трубами и между отводящими дренами в песчано-гравийных фильтрах 1—1,5 м. Уклон оросительных и дренажных труб в фильтрах и траншеях не менее 0,005.

Рис. 5. Очистка сточных вод в септиках и фильтрующих колодцах 1 — канализационный стояк; 2— выпуск из здания; 3 септик; 4 — водоотводная труба; 5 — фильтрующий колодец

Фильтрующие колодцы — предназначены для очистки бытовых сточных вод, поступающих от отдельно стоящих зданий при расчетном расходе не более 1 м3/сут, после предварительной обработки в септике. Их применяют в песчаных и супесчаных грунтах при отсутствии достаточных площадей для размещения полей подземной фильтрации и расположении основания колодца не менее чем на 1 м выше максимального уровня грунтовых вод (рис. 5).

Фильтрующие колодцы круглые по форме выполняют из железобетонных колец диаметром не более 2 м, а прямоугольные — из усиленно обожженного кирпича и бутового камня размером не более 2X2 м в плане и 2,5 м глубиной. Внутри колодца устраивают донный фильтр высотой до 1 м из гравия, щебня, кокса, хорошо спекшегося котельного шлака и других материалов. У наружных стенок и основания колодца выполняют обсыпку из тех же материалов. В стенках колодца ниже подводящей трубы сверлят отверстия для выпуска профильтровавшейся воды. Колодцы перекрывают плитой с люком диаметром 700 мм и оборудуют вентиляционной трубой диаметром 100 мм.

Расчетная фильтрующая площадь поверхности колодца определяется суммой площадей дна и поверхности внутренних стенок колодца на высоту фильтра. Нагрузка на 1 м2 площади фильтрующей поверхности в песчаных грунтах принимается 80 л/сут, а в супесчаных — 40 л/сут. При устройстве фильтрующих колодцев в средне-и крупнозернистых песках или при расстоянии между основанием колодца и уровнем грунтовых вод более 2 м нагрузка увеличивается на 10—20% (последняя цифра принимается при норме водоотведения на 1 человека более 150 л/сут или при среднезимней температуре сточных вод выше 10 °С). Для объектов сезонного действия нагрузка также может быть увеличена на 20%.

Земледельческие поля орошения, устраиваемые на землях колхозов и совхозов, предназначены для круглогодичного приема и обезвреживания сточных вод в процессе их сельскохозяйственного использования. Эти поля имеют невысокие нормы нагрузки на 1 га площади орошения, а также небольшой объем планировочных работ. Круглогодичный прием сточных вод независимо от климатических условий возможен в том случае, если нормы нагрузки не превышают 5—20 м3/сут на 1 га площади орошения. Земледельческие поля орошения располагают на почвах, пригодных для земледелия, или которые можно использовать после надлежащей их подготовки (мелиорации). Естественный уклон земельных участков не должен превышать 0,03 (наиболее приемлем уклон 0,005—0,015).

Городские сточные воды вначале поступают на очистную станцию, где предварительно обрабатываются, т. е. проходят решетку, песколовку и первичные отстойники. В ночное время вода поступает в регулирующие емкости. После отстойников сточная вода самотеком или с помощью насосов подается на командные точки полей.

На территорию полей вода подается по оросительной сети, которая подразделяется:  а) постоянная, подводящая сточную воду к полям севооборота и состоящая из постоянных магистральных и распределительных трубопроводов, укладываемых преимущественно из асбестоцементных труб;  б) временная, состоящая из переносных трубопроводов, временных оросителей, ложбин и водоотводных борозд;  в) поливная, состоящая из борозд, полос и подпочвенных увлажнителей.

Трубопроводы постоянной оросительной сети укладывают с учетом промерзания грунта на пахотных землях на глубине 0,7—1,2 м, а под дорогами и на территории населенных мест—ниже глубины промерзания грунта на 0,1 м до шелыги трубы. Из закрытой постоянной сети вода выпускается специальными водовыпусками. Водовыпускные колодцы в зависимости от рельефа местности и расположения поливных участков при одностороннем распределении размещают на расстоянии 100—200, при двустороннем —200—300 м.

Увлажнительно-удобрительные нормы орошения сточными водами на земледельческих полях орошения устанавливают в зависимости от состава культур и насаждений, потребности их в минеральной пище и воде, санитарно-гигиенических требований, связанных с обезвреживанием сточных вод. Расчетный расход воды составляет 5—20 м3/сут на 1 га или 1800— 7300 м3/год.

Вопрос 13 БИОФИЛЬТРЫ