Переработка водных суспензий (пульп)
Осадки сточных вод представляют полидисперсные водные суспензии – пульпы, которые обычно содержат 1–10% твердой тонко измельченной фазы.
Стадии переработки пульп, образующихся при очистке сточных вод: сгущение или уплотнение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание с последующей их утилизацией, обезвреживанием или ликвидацией.
Для уплотнения пульп используют методы гравитации, флотации, фильтрации. При этом удаляется около 60% излишней воды и масса осадка уменьшается в 2,5 раза. Гравитационное уплотнение проводят в вертикальных или радиальных отстойниках в течение 4–24 час.
Стабилизация осадков используется для биологического разрушения органического вещества на метан, СО2 и воду, чтобы в последующем избежать загнивания осадков. Для этого применяют стабилизацию в аэробных (~20°С, 8–11 суток) и анаэробных условиях.
Анаэробная стабилизация пульп. Анаэробное брожение наиболее часто используют для предварительной очистки концентрированных сточных вод (навоза) и переработки их осадков. Его виды различают по конечному продукту: спиртовое, молочнокислое, метановое брожение, когда выделяется соответственно спирт, кислота, метан и газы: СО2, Н2. Для получения биогаза обычно используют метановое брожение, в котором из многих стадий различают:
а) стадию расщепления сложных органических веществ, в частности целлюлозы, с образованием органических кислот, а также спиртов, ацетона, H2S, CO2 и др.; при этом вода подкисляется до рН около 6;
б) разрушение кислот метановыми бактериями до метана и СО2.
В среднем степень распада органических соединений составляет 40%. Из 1 т сухого вещества навоза или помета получается 450–650 м3 биогаза. При сбраживании выделяются газы со средним содержанием 60–70% метана, остальное – в основном диоксид углерода. Его теплотворная способность 20–25 мДж/кг.
Процессы сбраживания обычно ведут в две ступени, последовательно в двух метантенках: сначала в термофильных (50–55°С), а затем в мезофильных условиях (около 35°С). Часть осадка из второго метантенка возвращается в первый, где обеспечивается хорошее перемешивание. Метантенки – это герметически закрытые железобетонные резервуары с коническим днищем, диа-метром до 20 м и полезным объемом до 4000 м3.
|
Рис. 26. Схема установки для получения биогаза |
На рисунке 26 приведена схема установки для получения биогаза. Органические стоки, обычно жидкий навоз, поступают в приемник-теплообменник 1, где подогреваются нагретым шламом, подаваемым по трубе-теплообменнику насосом 9 из метантенка 3, и разбавляются горячей водой. Дополнительное разбавление стоков горячей водой и подогрев до нужной температуры проводится в аппарате 2. Сюда же для создания нужного соотношения С/N подаются отходы полеводства. Биогаз, образующийся в метантенке 3, частично сжигается в нагревателе воды 4, и продукты горения выводятся через трубу 5. Остальная часть биогаза проходит через устройство очистки 6, сжимается компрессором 7 и поступает в газгольдер 8. Шлам из аппарата 1 поступает в теплообменник 10, где дополнительно охлаждаясь подогревает холодную воду. Шлам представляет собой обеззараженное высокоэффективное естественное удобрение, способное заменить 3–4 т минерального удобрения типа нитрофоски.
Кондиционирование осадков – это изменение структуры и формы связи воды в осадке, благодаря чему он полнее обезвоживается. Для ускорения процесса применяют коагуляцию растворами хлорного железа, извести, путем смешения различных видов осадков, что составляет до 40% затрат на обработку осадков. Более экономичны безреагентные методы: нагревание до 80–90°С, замораживание с оттаиванием, электрокоагуляция.
Обезвоживание проводят на иловых площадках и механическим способом – на фильтрах разной конструкции и центрифугах. Широко применяются вакуум-фильтры. Термическая обработка осадков – это их сушка топочными газами, перегретым паром, горячим воздухом. Наиболее часто используются дымовые газы с температурой 500–800°С.