14.6. Методы насыщения очищенных сточных вод кислородом

Для дополнительного насыщения очищенных сточных вод кисло­родом перед выпуском их в водоем предусматривают специальные устрой­ства: при наличии свободного перепада уровней между площадкой очист­ных сооружений и горизонтом воды в водном объекте - многоступенчатые водосливы-аэраторы, быстротоки и др., в остальных случаях - барботажные сооружения.

При проектировании водосливов-аэраторов принимают водослив­ные отверстия в виде тонкой зубчатой стенки с зубчатым щитом над ней (зубья стенки и щита обращены один к другому остриями); высоту зубьев -50 мм, угол при вершине - 90°; высоту отверстия между остриями зубьев -50 мм; длину колодца нижнего бьефа -4 м, глубину - 0,8 м; удельный рас­ход воды q_w - 120-160 л/с на 1 м длины водослива; напор воды на водосливе h_w, м (от середины зубчатого отверстия), определяют по формуле

h =

⁽ Я»

(14.11)

_v225y

где q_w - удельный расход сточных вод, м³/м ч.

Число ступеней водосливов-аэраторов и величина перепада уров­ней на каждой ступени, необходимые для обеспечения потребной концен­трации кислорода С^, мг/л, в сточной воде на выпуске в водоем, опреде­ляются последовательным подбором.

При проектировании барботажных сооружений принимают: число ступеней - 3-4; аэраторы - мелкопузырчатые или среднепузырчатые; распо­ложение аэраторов - равномерное по дну сооружения; интенсивность аэра­ции - не более 100 м³/ (м²ч).

Для северных городов России при крутом рельефе на выпуске очищенных сточных вод в водоем рекомендуются каскадные аэрационные перепады с фильтрующей загрузкой. Каскадный аэрационный перепад представляет собой систему водосливов-аэраторов, в которой после каждо­го водослива расположены водоворотная зона и зона фильтрации. В фильт­рующей загрузке образуется биологическая пленка, на которой происходит сорбция органических загрязнений и их окисление.

Ленинградским «Водоканалпроектом» разработана рабочая доку­ментация аэрационного перепада для очистных сооружений канализации г. Братска производительностью 135 тыс. м³/сут. При БПК,_1ШШ очищенной сточной воды - 15 мг/л с доведением этого показателя до 6 мг/л. При этом длина сооружения - 42 м, ширина -36 м, глубина - 3,6 м, количество пере­городок - 5.

Методика расчета сооружений по насыщению очищенной сточной воды была предложена специалистами ОНТИ АКХ им. К.Д. Памфилова и заложена в действующий СНиП.

Раздел V обработка, обеззараживание и утилизация осадков сточных вод

Глава 15

ПРОЦЕССЫ И СООРУЖЕНИЯ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

15Л. Состав и свойства осадков сточных вод

В процессах механической, биологической и физико-химической очистки сточных вод на очистных сооружениях образуются различного вида осадки, содержащие органические и минеральные компоненты.

В зависимости от условий формирования и особенностей отделе­ния различают осадки первичные и вторичные.

К первичным осадкам относятся грубодисперсные примеси, кото­рые находятся в твердой фазе и выделены из воды такими методами меха­нической очистки, как процеживание, седиментация, фильтрация, флота­ция, осаждение в центробежном поле. Ко вторичным осадкам относятся примеси, первоначально находящиеся в воде в виде коллоидов, молекул и ионов, но в процессах биологической или физико-химической очистки во­ды или обработки первичных осадков образуют твердую фазу. Общая клас­сификация осадков приведена в табл. 15.1.

Составы осадков по размеру частиц отличаются большой неодно­родностью. Их размеры колеблются от 10 мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности.

Т

Классификация осадков сточных вод

Группы осадков	Типы осадков	Сооружения и обору­дование, отделяющие осадки
Первичные осадки
I	Осадки грубые (отбросы)	Решетки, сита
II	Осадки тяжелые	Песколовки
III	Осадки плавающие	Жировки, отстойники
IV	Осадки сырые, выделенные из сточной воды в результате ме­ханической очистки	Отстойники первич­ные, осветлители
Вторичные осадки
V	Осадки сырые, выделенные из сточной воды после биологиче­ской или физико-химической очистки	Отстойники вторич­ные, флотаторы

аблица 15.1

О

Продолжение табл. 15.1

VI	Осадки сброженные, прошед­шие обработку в анаэробных перегнивателях, метантенках, и осадки стабилизированные в аэробных стабилизаторах	Септики, двухъярусные отстой­ники, осветлители, перегнивате-ли, метантенки, аэробные стаби­лизаторы
VII	Осадки уплотненные, подверг­нутые сгущению до предела текучести (до влажности 90-85%)	Уплотнители: гравитационные, флотационные, сепараторы.
VIII	Осадки обезвоженные, под­вергнутые сгущению до влаж­ности 80-40%,	Иловые площадки, вакуум-фильтры, центрифуги, фильтр-прессы и др.
IX	Осадки сухие, подвергнутые термической сушке до влажно­сти 5-40%	Сушилки: барабанные, вальцо­вые, с кипящим слоем, со встреч­ными струями

садки первичные. Осадки грубые (отбросы) задерживаются ре­шетками. В состав отбросов входят крупные взвешенные и плавающие ве­щества, преимущественно органического происхождения. По данным экс­плуатации очистных станций средний состав этих отбросов в % включает бумагу - 65, тряпье - 25, древесину, пластики - 4, другие отбросы - 6.

Количество отбросов, задерживаемых решетками с прозорами 16-20 мм, на одного человека в год составляет в среднем 8 л при влажности 80% и объемной массе 750 кг/м³.

Задержанные отбросы часто подвергаются дроблению с по­следующим выпуском их в канал перед решеткой. Переработка этих отбро­сов может осуществляться в метантенках, на пиролизных установках вме­сте с другими осадками или направляться на компоститрование для полу­чения удобрения вместе с мусором.

Осадки тяжелые задерживаются песколовками. В их состав обыч­но входят песок, обломки отдельных минералов, кирпич, уголь, битое стек­ло и т. п. При проектировании количество задерживаемых тяжелых приме­сей принимают 0,02 л на одного человека в сутки или 7,2 л в год, при влаж­ности 60% и объемной массе 1,5 т/м³.

Осадки плавающие, задерживаемые жироловками или всплываю­щие в отстойниках. Количество этих примесей в бытовых стоках на одного человека в год составляет 2 л при влажности 60% и объемной массе 0,6 т/м³.

Осадки сырые задерживаются первичными отстойниками. В быто­вых сточных водах эти осадки представляют собой студенистую, вязкую суспензию с кисловатым запахом. Органические вещества в них составля­ют 75-80% и быстро загнивают, издавая неприятный запах. Влажность осадка при самотечном удалении после 2-часового отстаивания принимает­ся 95%, а при удалении из отстойника плунжерными насосами - 93-94%. Механический состав осадков из первичных отстойников отличается

большой неоднородностью. Величина отдельных частиц колеблется от 10 мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности.

Осадки вторичные. Активный ил, задерживаемый вторичными отстойниками после аэротенков, представляет биоценоз микроорганизмов и простейших, обладает свойством флокуляции. Структура активного ила представляет хлопьевидную массу бурого цвета. В свежем виде активный ил почти не имеет запаха или пахнет землей, но, загнивая, издает специфи­ческий гнилостный запах.

По механическому составу активный ил относится к тонким сус­пензиям, состоящим на 98% по массе из частиц размерами меньше 1 мм. Активный ил аэротенков отличается высокой влажностью 99,2-99,7%.

Шламы, задерживаемые отстойниками или другими сооружения­ми после физико-химической очистки, выделяются в результате локальной очистки или доочистки промышленных сточных вод с применением реа-гентной обработки, фильтрования, электролиза, адсорбции, ионного обме­на, обратного осмоса, экстракции и других методов.

Осадки сброженные в анаэробных условиях. Структура осадка сброженного в метантенках, двухъярусных отстойниках и других сооруже­ниях анаэробного сбраживания мелкая и однородная, цвет - почти черный или темно-серый. Осадки отличаются высокой текучестью, выделяют запах сургуча или асфальта. В метантенках распад осадков сопровождается выде­лением большого количества газа — метана, весьма ценного для использо­вания.

Осадки из аэробных стабилизаторов. Степень распада органиче­ского вещества при аэробной стабилизации значительно меньше, чем при анаэробных процессах, но оставшаяся часть достаточно стабильна. После аэробной стабилизации осадки уплотняются в отстойниках за 5-15 ч до влажности 96-98%. При стабилизации бактерии коли гибнут на 95%, но яйца гельминтов не исчезают, поэтому осадки после аэробной стабилиза­ции нуждаются в обеззараживании.

Бактериальная заселенность осадков. В осадках, как и в сточной воде, можно найти многие формы бактерий. Бактериальная заселенность осадков на порядок выше, чем сточных вод. Осадки бытовых стоков содер­жат большое количество яиц гельминтов. При термофильном сбраживании яйца глистов полностью погибают. То же наблюдается при термогравита­ционном или термофлотационном уплотнении осадков.

Химический состав. Знание химического состава осадков необхо­димо для определения наиболее рациональных путей их использования и обработки. В табл. 15.2 дан общий химический состав осадков городских сточных вод, а в табл. 15.3 - химический состав их минеральной части.

Обработка осадков, выделяемых в процессах очистки сточных вод, проводится с целью получения конечного продукта, наносящего мини­мальный ущерб окружающей среде или пригодного для утилизации в про­изводстве. Эта цель достигается осуществлением грех основных процессов в различных технологических последовательностях: обезвоживанием ­

обеспечивающим минимальный объем осадков; стабилизацией - придаю­щей осадкам способность не выделять вредные продукты разложения при длительном хранении; обеззараживанием - делающим осадок безопасным по санитарно-бактериологическим показателям. Принципиальная схема процессов обработки осадков дана на рис. 15.1.

Исходный осадок

Кондиционирование

Обезвоживание

Термическая

Обеззараживание

V V V

{> Ликвидация

) Примечание: В сырых осадках в основном присутствуют белковые вещества, а в сброженных-гуминовые соединения.

Таблица 15.2

Общий химический состав осадков, % к абсолютно сухому веществу

Типы осадков	Зола	Альфа-цел­люлоза	Геми-цел­люлоза	Белки, гуматы (')	Жиры	Общий азот	Фосфор
Первичные сырые	15-35	5,5-5	5-7	15-21	18-26	3,2-3,8	1,4-2,5
Первичные сброжен­ные в метантенках: мезофильный про­цесстермофильный про­цесс	28-40 40-42	2,8-9 1,6	5,8-9 6,0	35 28	7,6-9 9	3-4,3 3,8	2,4-4,8 4,9
Активный ил из вторичных отстой­ников после аэротен­ков	25-30	0,8-2	2,6-2,2	30-35	7,11-14	7,3-6,8	5,4

Рис. 15.1. Схема процессов обработки осадков сточных вод

П

Состав минеральной части осадков, % к абсолютно сухому веществу

Таблица 15.3

Типы осад­ков

Осл

ОfN<

О & и.

СаО

MgO

О

ОсеIZ

О(л

ZnO

CuO

NiO

О О

Пер­вичные сырые

8,4­55,9

0,3­18,9

3,0­13,9

11,8­35,9

2,1­4,3

0,7­3,4

0,8­4,2

1,8­7,5

0,1­0,6

0,1­0,8

0,2­2,9

0,8­3,1

Актив­ный ил

7,6­33,8

7,3­26,9

7,2­18,7

8,9­16,7

1,4­11,4

0,8­3,9

1,9­8,3

1,5­6,8

0,2­0,3

0,1­0,2

0,2­3,4

0­2,4

Сброжеинаясмесь

27,3­35,7

8,7­9,3

11,413,6

12,5­15,6

1,5­3,6

1,8­2,8

2,6­4,7

3,0­7,2

0,1­0,3

0,2­0,3

0,2­1,0

1,3­1,9

оказатели осадков сточных вод. Осадки сточных вод это сус­пензии, в которых дисперсной фазой являются твердые частицы органиче­ского и минерального происхождения, а дисперсионной средой - вода с растворенными в ней веществами.

Свойства суспензии во многом зависят от содержания в ней воды. Общее влагосодержание в осадках принято определять понятием "влаж­ность".

содержание массы воды в 100 кг осадка, выражен-

Влажность -ное в процентах:

P = \0Q(m_o

)1т₀

(15.1)

'сух

или

Р = 100

V

W р

ос г о

(15.2)

г

масса и сухой остаток осадка, кг; W_oc - объем осадка, м³;

з

де т_ос, т_сух Рос - плотность осадка, кг/м

Формы связи влаги. Величина влажности не позволяет оценить в достаточной мере возможность, условия и степень удаления влаги из осад­ка. Это обусловлено сложностью его структуры и особенностями распреде­ления в ней воды. Однако только направленным воздействием на структуру осадка можно обеспечить эффективность процессов его обезвоживания.

Наиболее полная классификация форм связи влаги с твердыми час­тицами предложена акад. П.А. Ребиндером. В основе классификации лежит энергия связи, которую необходимо затратить для выделения воды из со­става структуры. Применительно к осадкам сточных вод и методам их об­работки эта классификация может быть представлена в форме табл. 15.4.

В

Области эффективного применения методов обезвоживания осадков

Таблица 15.4

Методы выделения влаги из осадков	Формы влаги в осадках
	Свободная		Физико-механически связанная	Физико-химически связанная	Химически связанная
Гравитацион­ное уплотне­ние
Естественная сушка
Вакуум-фильтрование		mm
Фильтр-прессование
Центрифуги­рование
Термосушка
Сжигание

структуре осадка влага может находиться в форме свободной во­ды, в физико-механической связи с твердыми частицами, а также в физико-химической и химической формах связи.

Свободная влага имеет наименьшую энергию связи со структурой осадка и легко может быть из него удалена. Физико-механически связанная влага это капиллярная вода, вода смачивания и структурная влага. Физико-химической связью удерживается адсорбционная и осмотическая влага, а химически связанная вода, входящая в состав веществ, не выделяется даже при термической сушке осадков.

Механическими методами обезвоживания осадков, а также естест­венной сушкой их на иловых площадках удаляется большая часть свободной воды. Физико-механическая связь нарушается вследствие выпаривания или удаления влаги под давлением в аппаратах, которые развивают давление, большее капиллярного, и разрушают структурные связи. Сила капиллярной связи зависит в основном от радиуса капилляров: для капилляров с радиусом Ю^-8, 10 ⁶ и Ю^-5 м эта сила равна соответственно 15; 0,15 и 0,015 МПа.

Вакуум, при котором обезвоживаются на вакуум-фильтрах осадки сточных вод, составляет в среднем 0,053-0,066 МПа (400-500 мм рт. ст.). При данном вакууме теоретическим пределом удаления влаги вакуум-филь­трацией будет удаление влаги макрокапилляров с радиусом более 5-10 ^б м. Однако практически всю эту воду вакуум-фильтрацией удалять нецелесооб­разно, так как скорость водоотдачи капиллярной влаги относительно мала.

Центрифугированием или фильтр-прессованием, при которых воз­можно нарушение более прочных видов связи, можно добиться удаления части связанной влаги. Это подтверждается опытами по обезвоживанию осадков городских сточных вод на фильтр-прессах и центрифугах, где от­

фильтрованный осадок имеет более низкую влажность по сравнению с его влажностью после вакуум-фильтрации.

Д ля изучения форм связи влаги с частицами твердой фазы наи­большее распространение получил метод изотермической сушки, предло­женный М.Ф. Казанским. Этот метод основан на изучении кинетики сушки образца осадка при температуре 105° С и постоянном контроле влажности. В результате измерений получают зависимости, имеющие характерный вид (рис. 15.2).

Типичная кривая состоит из четырех участков. На участке (а-б) происходит прогревание осадка, интенсивность сушки быстро возрастает, однако испаряется лишь небольшое количество свободной воды. На участ­ке (б-в) интенсивность сушки остается постоянной, удаляется основная масса свободной воды и в несколько раз уменьшаются объем и масса осад­ка. На участке (в-г), характеризующем удаление физико-механически свя­занной влаги, наблюдается прямолинейная зависимость снижения интен­сивности сушки осадка от его влажности. Это снижение происходит вслед­ствие расходования части энергии на преодоление сил связи воды с твер­дыми частицами. На участке (г-д) снижение интенсивности от влажности осадка приобретает криволинейный характер, что обусловливается возрас­тающей затратой энергии на преодоление сил связи воды с твердыми час­тицами.

Наибольшее практическое значение имеет интервал (б-г), на про­тяжении которого выделяется основная масса воды.

Активный ил, в отличие от осадков других типов, изменяет свои свойства при уплотнении. Он обладает высокой структурообразующей спо­собностью, вследствие чего уплотнение приводит к иммобилизации сво­бодной воды, то есть с увеличением концентрации активного ила часть свободной воды переходит в коллоидно-связанную. На рис. 15.2 видно, что в уплотненном иле и сброженном осадке содержится больше трудноуда­

дяемой воды, чем в сыром осадке.

В общем случае положение критических точек влажности позволя­ет оценить влияние на водоотдачу осадков различных методов обработки, а также выбирать наиболее эффективные методы подготовки осадков к меха­ническому обезвоживанию.

При удалении из осадков свободной воды зависимость объема осадка W от его концентрации С может быть определена по формуле: ,

W₂=W_VC_XIC₂. (15.3)

По соотношению свободной и связанной воды можно установить предел применяемости формулы (15.3). Для осадков городских сточных вод в зависимости от их свойств эта формула справедлива при снижении влаж­ности в среднем до 70-85%.

Способность осадков к обезвоживанию под действием механиче­ских сил характеризуется показателями влагоотдачи: удельным сопротив­лением фильтрации, сжимаемостью, индексом центрифугирования.

Удельное сопротивление фильтрации осадка определяют как со­противление, оказываемое движению фильтрата через слой кека, отложив­шийся на 1 м² поверхности фильтра и содержащий 1 кт сухого вещества.

Общие законы, определяющие процесс фильтрования через фильт­рующую поверхность, приводят к следующему основному выражению:

^L = lEL. (15.4) dt \xrCw

Интегрирование этой зависимости при условии постоянства давле­ния дает уравнение вида:

2pF т

^r=~W^~, (¹⁵-⁵)

/jC wгде Т - период фильтрования, с; W - объем фильтрата, полученный за пери­од X, м^z

³; /Л - динамическая вязкость, Па с; С - масса твердой фазы кека, отлагающегося на фильтре при получении единицы объема фильтрата, кг/м³; F - площадь фильтра, м²; р - разность давления, Па; г - удельное со­противление фильтрации, м/кг.

Величина удельного сопротивления фильтрации характеризует способность осадка к влагоотдаче при обезвоживании методами фильтро­вания под действием вакуума или давления. Уменьшение величины этого показателя соответствует улучшению влагоотдачи.

Сжимаемость осадка. С увеличением перепада давления поры в структуре осадка уменьшаются, вызывая возрастание сопротивления фильтрации. Коэффициент сжимаемости осадка связан с удельным сопро­тивлением фильтрации и давлением фильтрования следующим выражени­

ем:

S =

lg(r. I г) lg(/>. Ip)'

(15.6)

где Г] и г - значения удельного сопротивления фильтрации при разности давлений фильтрования Р\нр соответственно.

Скорость фильтрования будет увеличиваться, оставаться постоян­ной или уменьшаться при увеличении р, в соответствии с тем, будет ли значение S меньше, равно или больше единицы.

Для многих видов органических осадков существует "критическое давление", выше которого поры кека сужаются настолько, что фильтрация становится невозможной. На рис. 15.3 приведены схемы структур различ­ных типов осадков.

В качестве критерия, характеризующего водоотдачу осадка в центробежном поле предложен индекс центрифугирования J_c, м³ /кг, опре­деляемый по формуле:

J_c =1000-^ l(CW₀)

(15.7)

где W_K - объем кека, равный (Wo-^ф)-, м³; W<p - объем фугата, м центрация твердой фазы осадка, кг/м³; W₀ - объем осадка, м³.

³; С-кон-

У

EEMEEIKE/tltltEIEXEEEElKEEEEI 11ЯеТ1еТе1Же1«КеТЕЕЕЕе1л1Ге1е1 ЕЕЕЕЕС№е1

величение эффективности обезвоживания осадка центрифугиро­ванием достигается при величине индекса менее 6-8.

Обобщенные показатели первичных и вторичных осадков город­ских очистных сооружений даны в табл. 15.5.

О

15.2. УПЛОТНЕНИЕ ИЛОВ И ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Таблица 15.5

Показатели осадков станций очистки городских сточных вод

Вид осадка	Количество осадка на 1 чел в сут.		Влаж­ность,%	Зольностьсухого вещества,%	Удельное сопротивле­ние г- 10''°, см/г
	по сухому веществу, г	по объему влажного осадка, л
Отбросы с решеток (прозоры 16 мм)	4-6	0,02	70-80	7-8	-
Песок из песколовок	3	0,02	60	80-90	-
Сырой осадок первич­ных отстойников	25-40	0,5-0,8	93-95	15-30	50-500
Сброженный осадок первичных отстойни­ков в мезофильных условиях	30	0,4-0,7	93-96	28-40	350-1800
Сырой активный ил (уплотненный)	20-32	0,7-1,1	97	25-30	150-5000
Сброженный в мезо­фильных условиях активный ил	15-25	0,3-0,6	94-96	35-40	2300
Смесь осадка первич­ных отстойников и активного ила (уплот­ненного)	45-70	0,6-2,3	93-97	20-30	200-1200
То же, сброженный в мезофильных условиях	30-45	0,4-2,2	92-98	35-40	1200- 1600
То же, сброженный в термофильных усло­виях	30-45	0,75-1,5	96-97	40	1400-10000
Аэробно стабилизиро­ванный активный ил (уплотненный)	15-25	0,3-0,6	97	30-35	4000-6000

саждающийся во вторичных отстойниках активный ил имеет высокую влажность. Основная часть этого ила поступает на регенерацию и снова подается в аэротенк. В результате развития микроорганизмов масса активного ила, находящегося в системе "аэротенк - вторичный отстойник", непрерывно увеличивается и образуется так называемый избыточный ак­тивный ил, который отделяется от рециркуляционного и направляется на дальнейшую обработку для стабилизации и обезвоживания.

Прирост активного ила зависит от содержания в очищаемой воде взвешенных и растворенных (преимущественно органических) веществ и от эффективности работы первичных отстойников. Чем лучше работают первичные отстойники, тем меньше образуется излишков активного ила.

Массу избыточного активного ила на станциях аэрации определя­ют суммированием масс ила, удаляемого из системы выносом с очищенной водой и перекачиваемого на дальнейшую обработку. Для определения со­держания избыточного активного ила при проектировании, мг/л, можно пользоваться формулой, предложенной Т.А.Карюхиной:

Я = 0,8 С_в +0,3-1 (15.8)

где С_в - вынос взвешенных веществ из первичных отстойников, мг/л; L - ве­личина БПК воды, поступающей в аэротенк, мгСь/л.

Прирост активного ила колеблется в течение года, уменьшаясь в летние месяцы. Максимальное его содержание П_тах мг/л, определяют по формуле:

П_ты=К_мП, (15.9)

где К_м - коэффициент месячной неравномерности прироста ила, равный 1,15-1,2.

Количество избыточной биологической пленки, выносимой из биофильтров, принимают 28 г/(чел.сут) по сухому веществу.

Поскольку влажность избыточной биопленки после вторичных от­стойников в среднем составляет 96%, дополнительное уплотнение ее на станциях биофильтрации не предусматривают.

Осуществлять обработку больших количеств избыточного актив­ного ила с высокой влажностью (99,2-99,6%) нерентабельно, поэтому его предварительно уплотняют. Применяемые для этого сооружения называют­ся илоуплотнителями. Устройство илоуплотнителей на современных стан­циях аэрации обязательно.

В зависимости от принятой схемы очистной станции уплотнению могут подвергаться осадки из первичных отстойников, избыточные актив­ные илы, смесь осадка первичных отстойников и избыточного активного ила, флотационный шлам, осадки и илы после стабилизации.

Варианты технологического расположения уплотнителей на схеме станции очистки сточных вод с использованием аэротенков даны на рис. 15.4.

По схеме "а" избыточный активный ил непрерывно поступает в илоуплотнитель, где отдает основную массу свободной влаги в виде иловой воды. Осадок из илоуплотнителя подается на дальнейшую обработку. От­деленная иловая вода содержит значительное количество растворенных органических загрязнений поэтому она возвращается в цепочку очистки воды перед аэротенками.

Применение схемы "б" предполагает непрерывность отбора осадка из первичного отстойника с большей влажностью и последующим доуп-лотнением его в отдельном уплотнителе. Это позволяет стабилизировать процессы отстаивания и уплотнения и, при необходимости, увеличить про­изводительность первичных отстойников. Отделенная в этой схеме вода, содержащая до 150 мг/л взвешенных веществ, подаётся перед первичными отстойниками.

У плотнением избыточного активного ила совместно с осадком пер­вичных отстойников по схеме "в" достигается некоторое снижение влажности получаемого осадка. При совместном уплотнении активного ила и осадка первичных отстойников уплотнитель целесообразно использовать как резервуар-регулятор расхода осадка для последующей его обработки.

По схеме "г" уплотнение осадков осуществляется без илоуплотнителей. Активный ил подается в иреаэраторы в объеме, превышающем его избыточное количество, откуда со сточной водой поступает в первичные отстойники. Выносимый из первичных отстойников активный ил компенсирует недостающую часть циркулирующего активного ила, подающегося на аэротенки. Таким образом, в преаэраторы подается такая часть активного ила, которая превышает его избыточное количество, но позволяет выделить в первичных отстойниках весь избыточный активный ил. Эта схема дает возможность получать один вид осадка - смесь сырого осадка и активного ила.

На выбор оптимальной схемы уплотнения существенное влияние оказывает не только тип уплотнителя, но и свойства активного ила, кото­рые зависят от состава сточных вод, степени очистки, условий подготовки ила и др. Так, иловая смесь из аэротенков уплотняется быстрее, чем актив­ный ил из вторичных отстойников, а активный ил при неполной биологиче­ской очистке уплотняется значительно лучше, чем при полной биологиче­ской очистке.

Для уплотнения избыточного активного ила на очистных сооружениях используют вертикальные и радиальные илоуплотнители гравитационного типа или флотационные илоуплотнители, работающие по принципу компрессионной флотации.

Гравитационное уплотнение - наиболее распространенный прием уменьшения объема избыточного активного ила. Оно в значительной мере уменьшает объем сооружений и затраты электроэнергии, необходимые для последующей его обработки. Конструкции вертикальных и радиальных уплотнителей аналогичны конструкциям первичных отстойников.

С бор и удаление осадка в радиальных илоуплотнителях осуществ­ляется илоскребами или илососами. Сопоставление работы вертикальных илоуплотнителей с радиальными, оборудованными илоскребами и илосо­сами, показало, что наибольшей эффективностью отличаются радиальные илоуплотнители с илоскребами. Это объясняется медленным перемешива­нием активного ила в процессе уплотнения, а также меньшей высотой ра­диальных илоуплотнителей по сравнению с вертикальными. При переме­шивании снижаются вязкость активного ила и его электрокинетический потенциал, что способствует лучшему хлопьеобразованию и осаждению. Поэтому в современных конструкциях илоуплотнителей предусматривается устройство низкоградиентных мешалок (рис. 15.5). Расстояние между стержнями 0,3 м, частота вращения илоскреба 2 - 4 ч "'.

Флотационное уплотнение активного ила позволяет предотвратить его загнивание, сократить продолжительность уплотнения и объемы со­оружений.

Флотаторы для уплотнения избыточного активного ила обычно представляют собой резервуары круглые в плане диаметром 6, 9, 12, 15, 18, 20, 24 м и глубиной 2-3 м, различающиеся внутренним оборудованием.

Внутри корпуса (рис. 15.6) в верхней его части устраивается кон­центрическая, не достающая до дна перегородка, разделяющая его на фло­тационную и отстойную зоны.

И збыточный активный ил, предварительно насыщенный воздухом под давлением, подается в пространство между зонами флотации и отстаи­вания равномерно по сечению флотатора. Продолжительность пребывания активного ила во флотационной зоне составляет 0,2-0,33 ч. Насыщенный пузырьками воздуха активный ил всплывает и удаляется в желоб подвиж­ным скребком. Нижняя часть флотатора (зона осаждения) используется для выделения крупных частиц, имеющих плотность более 1,0. Продолжитель­ность пребывания ила в этой зоне 2-3 ч. Осевшая часть избыточного ила удаляется под гидростатическим давлением.

Прц удельном расходе воздуха 10-15 дм³/кг сухого вещества ак­тивного ила концентрация уплотненного активного ила достигает 30-50 кг/м³ при содержании взвешенных веществ в удаляемой жидкости 200-300 мг/л.

«Мосводоканалниипроектом» разработаны конструкции флотато­ров диаметрами 6; 9 и 20 м. Нагрузка на них по сухому веществу активного ила составляет 3-5 кг/(м²ч), удельный расход воздуха составляет 10-20 дм³/кг по сухому веществу ила, расход электроэнергии 0,02-0,03 кВт-ч/кг сухого вещества. Концентрация уплотненного ила составляет 40-50 кг/м³.

Диспергирование воздуха в иловой смеси флотационных илоуп­лотнителей осуществляется двумя способами: непосредственным насыще­

нием воздухом всего объема ила; путем насыщения воздухом циркули­рующей части осветленной воды из вторичных отстойников.

Наибольший эффект уплотнения достигается при использовании схемы компрессионной флотации с возвратом части воды для приготовле­ния рабочей жидкости. Рабочая жидкость насыщается воздухом в напорном баке под давлением 0,3-0,8 МПа в течение 2-6 мин с одновременным пере­мешиванием циркуляционным насосом или без него.

Флотационный метод илоуплотнения обладает двумя важными преимуществами: позволяет применять компактные сооружения с неболь­шой поверхностью и малым объемом; обеспечивает эффективное уплотне­ние осадков с коллоидной структурой, что очень важно для всей системы обработки осадка.

К недостаткам метода относятся более высокие по сравнению с гравитационным уплотнением эксплуатационные затраты и невозможность накопления большого количества ила в уплотнителе. Практический опыт показал, что уплотнение сырого осадка, а также сырых и стабилизирован­ных смесей осадков наиболее эффективно происходит в гравитационных уплотнителях. Флотационное уплотнение рекомендуется для флокулообра-зующей структуры активного ила, причем концентрация по сухому веще­ству перед подачей на флотацию не должна превышать 6-8 г/л.

Расчет илоуплотнителей. Основные данные для проектирования гравитационных уплотнителей приведены в табл. 15.6.

Вертикальный и радиальный илоуплотнители. Расчет илоуплотни-теля ведут на максимальный часовой приток избыточного активного ила в м³/ч:

^9шя=~жГ' где Q - расчетный расход сточных вод, м^(15Л0)

³/сут; С - концентрация уплотняе­мого избыточного активного ила, г/м³; /7_тах - прирост ила, г/м³, опреде­ляемый по формуле (15.9).

Высота проточной части илоуплотнителя, м,

/г = 3,6Кт, (15.11)

где V - скорость движения жидкости, мм/с; X - продолжительность уплот­нения.

Концентрация избыточного активного ила, продолжительность уп­лотнения, скорость движения жидкости в отстойной зоне принимаются по табл. 15.6.

О

Таблица 15.6

Вид уплотняемого ила	Влажность уплотненного ила, %		Продолжи­тельность уплотнения, ч			Скорость дви­жения жидко­сти в проточ­ной части вертикального уплотнителя, мм/с
	Тип уплотнителя
	Вер­ти-каль-ный	Ради­аль­ный	Вер ти-каль ный	Ради­аль­ный
Иловая смесь из аэро­тенков с концентрацией 1.5-3 кг/м3	—	97,3	—	5-8	—
Активный ил из вторич­ных отстойников с кон­центрацией 4-6 кг/м3	98	97,3	10-12	9-11	0,1
Активный ил из зоны отстаивания аэротенков-отстойников с концен­трацией 4,5 - 6,5 кг/м3	93	97	16	12 - 15	0,1
Смесь осадка из первич­ных отстойников и ак­тивного ила	93-95	93-95	7-10	7-10	<0.3

бщий объем гравитационных илоуплотнителей определяется в зависимости от продолжительности уплотнения.

W = qmax-T. (15.12)

Количество илоуплотнителей п принимают не менее двух. Вместимость зоны накопления осадка Wq илоуплотнителя рассчи­тывают по периоду пребывания в ней ила:

100­100-Я п

(15.13)

где Р\, Р₂ - влажность поступающего и уплотненного ила, %; То - продол­жительность пребывания ила в зоне накопления, при выгрузке его 1 раз в смену, принимаемая равной 8 ч.

Если, согласно расчетам, необходимо применение более четырех вертикальных илоуплотнителей диаметром D=9 м, то целесообразным яв­ляется применение илоуплотнителей радиального типа.

Радиальный илоуплотнитель. Полезная площадь поперечного се­чения радиального илоуплотнителя, м²,

F = q_maJq_f, (i5.i4)

где qj - расчетная нагрузка на площадь зеркала уплотнителя м³/(м²-ч), при­нимаемая в зависимости от концентрации поступающего на уплотнение активного ила: qj- = 0,5 при С = 2-3 кг/м³ и qf = 0,3 при С = 5-8 кг/м³. Высота рабочей части илоуплотнителя

#=<?/• X, (15.15)

где X - продолжительность уплотнения, принимаемая равной: 5-8 ч при С = 2-3 г/л и 10 ч при С = 5-7 г/л.

Общая высота илоуплотнителя

H_o6uf=H + h + h₆, (15.16)

где Н - высота рабочей зоны, м; h - высота зоны залегания ила, равная 0,3 м при илоскребе и 0,7 м при илососе; hg - высота бортов над уровнем воды, м.

Флотационный илоуплотнитель. При проектировании флотацион­ного уплотнителя принимают:

• удельную нагрузку по сухому веществу 5-10 кг / (м² ч);

• гидравлическую нагрузку не более 5 м³/ (м²-ч);

• удельный расход воздуха 10-20 дм³/ кг сухого вещества ила. Влажность уплотненного осадка принимают: при уплотнении без

полизлектролитов 95-97 %, с применением полиэлектролитов 94-96,5 % в соответствии с дозой полиэлектролита и нагрузкой.

Концентрация активного ила в иловой воде, выделяемой в илоуп-лотнителе, составляет 50-100 мг/л. Иловая вода после флотационных илоу­плотнителей обычно подается в аэротенки.

Флотационные илоуплотнители ФГУП НИИ ВОДГЕО рассчиты­вают по гидравлической нагрузке на поверхность зеркала которую при­нимают в зависимости от произведения илового индекса У/, дм³/кг, на кон­центрацию поступающего ила О/, кг/дм³.

J, а,	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
qt, м3/(м2-ч)	12	10	9	8	7,5	6,7

Площадь поперечного сечения флотатора F определяют по фор­муле (15.14). Продолжительность пребывания активного ила в зоне уплот­

нения / = 2-3 ч, влажность уплотненного ила Р = 95-97%. Продолжитель­ность пребывания иловоздушной смеси в напорном баке 2-4 мин, давление насыщения воздухом 0,3-0,4 МПа.

Для интенсификации работы илоуплотнителей используют усо­вершенствование внутреннего оборудования или технологические приемы уплотнения. Для повышения производительности сооружений применяют модули с тонкослойным осаждением и оборудование, обеспечивающее медленное перемешивание в зоне уплотнения.

Повышение степени уплотнения и сокращение продолжительности процесса достигают прогреванием, добавкой химических реагентов, раз­бавлением активного ила очищенной сточной водой, а также совместным уплотнением ила с осадком первичных отстойников.

Для интенсификации флотационного процесса илоуплотнения и повышения концентрации выгружаемого осадка в ряде случаев используют добавление полиэлектролитов.