книги из ГПНТБ / Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник

сбраживании единицы веса каждого компонента соеди­ нений. Наибольшее количество газа образуется при бро­ жении жиров (0,92 г/з беззольного вещества), а наимень­ шее— при брожении белков (0,34 г/г). При брожении 1 г углеводов образуется 0,62 г газов. Поэтому в целом осадок из первичных отстойников продуцирует газ

По разнице количеств компонентов в исходном осад­ ке и в сброженном определяют процент распада по каж­ дому компоненту в отдельности; подсчитывают теорети­

Химический анализ осадков проводят один раз в ме­ сяц или даже в квартал, если процесс устойчивый. При нарушениях технологии отдельные анализы выполня­ ют по необходимости.

Повседневный контроль качества осадков включает определения влажности и зольности сырых и сброжен­ ных осадков.

Очевидно, что после сбраживания оба показателя качества осадков изменяются: влажность и зольность увеличиваются. Органическое вещество осадков распа­ дается в метантенках примерно на 40%, при этом про­ дукты распада переходят в газовую и жидкую фазы. Принимают, что количество воды в процессе не меняет­ ся. Оставшиеся 60% нераспавшихся веществ в сумме с неизменяемой зольной частью осадка после сбражива­ ния составляют меньший процент по весу от общего ве­ са, чем до сбраживания, а потому влажность увеличи­ вается. Поскольку оставшаяся после сбраживания ор­ ганическая часть осадка составляет меньшую долю об­ щей массы, чем до сбраживания, это обстоятельство и фиксируется увеличением зольности (до 40—45% в сбро­ женных осадках).

Жидкую фазу (иловую воду) анализируют на реак­ цию среды, содержание жирных кислот, щелочность и азот аммонийных солей после фильтрации пробы бродя­ щей массы через бумажный фильтр. Устойчивый про­ цесс метанообразования обусловливает щелочную реак-

200

цию среды бродящей массы до 7,6—8, малое содержание низших жирных кислот и высокую щелочность. •

Запас щелочности иловой воды определяется содер­ жанием веществ, титруемых раствором соляной кислоты. Проводят титрование с индикатором, при котором тит­ руются карбонаты, бикарбонаты и низшие жирные кис­ лоты (последние за счет реакции вытеснения). Расход кислоты определяет щелочность иловой воды. Отдельно титруют пробу иловой воды с другим индикатором, пе­ реход окраски которого соответствует нейтрализации карбонатов и бикарбонатов. По разнице первого и вто­ рого титрований определяется присутствие низших жир­ ных кислот.

В устойчивом мезофильном процессе содержание низших жирных кислот колеблется около 5 мг-экв/л, а в термофильном — около 8—12 мг-экв/л. Щелочность в обоих случаях составляет 65—90 мг-экв/л.

Повышение кислотности и одновременное снижение щелочности иловой воды — свидетельство нарушения процесса метанового брожения.

В процессе брожения белковоподобных веществ про­ исходит их аммонификация и переход аммонийного азо­ та в раствор. Наличие большого количества аммонийно­ го азота (до 500—800 мг/л) •— показатель нормально про­ текающего процесса брожения.

личеств других газов. Обычный состав газов брожения следующий: СН4 60—65%, С 0 2 30—32%, Н 2 до 2%, N 2 до 0,5%, 0 2 отсутствует или составляет не более 0,2% за счет несоблюдения условия полной герметичности при

1раз в 10 дней.

Вотчетных ведомостях показывают результаты: за­ меров расхода осадков и выделившегося газа, анализа химического состава осадков до и после брожения, ана­ лиза иловой жидкости, а также подсчетов некоторых тех­ нологических характеристик работы сооружения. К по­ следним относятся дозы загрузки метантенка, по смыслу

201

соответствующие понятиям нагрузки на сооружения аэробной очистки.

.Различают дозы загрузки по объему Д% и по без­ зольному веществу Дб/в- При определении дозы загруз­ ки по объему общий объем метантенка принимается за 100%. Суточный объем поступающих на сбраживание осадков, выраженный в процентах от объема метантенков, и есть доза загрузки-по объему, которая зависит от многих параметров и изменяется в пределах от 5 до 10% для мезофилы-юго процесса и от & до 18% для тер­ мофильного. Делением 100 Д% , подсчитывается длитель­ ность процесса брожения: для мезофилы-юго процесса она составляет от 10 до 20 суток, а для термофильного — от 6 до 16 суток. Доза загрузки по беззольному веществу'есть количество беззольного вещества в килограммах,

зультатам зольности исходного и сброженного осадков. Распад по газу подсчитывается как частное от деления веса выделившегося газа на вес поданного органическо­ го вещества осадка.

Величины Рб/в и Рг могут совпадать, поскольку удель­

окончания выделения газов происходит дальнейший рас­ пад органических веществ, сопровождающийся выделе­

распавшегося вещества объясняется участием воды в ре­ акциях метанообразования. Обычно такой результат сви­ детельствует о работе метаитенков с повышенными на­ грузками.

Параметр, определяющий эксплуатационную стои-

202

мость процесса, — расход пара. В ведомостях показыва­ ют суммарный расход пара за отчетный период, а также удельный в расчете на 1 ж3 обработанного осадка.

§ 102. Методы обезвоживания и сушки осадков и их контроль

Сушка и обезвоживание осадков возможны в естественных и искусственных условиях. Сооружениями естественной сушки могут быть иловые площадки с дре­ нажем или без дренажа, иловые пруды с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды, площадкиуплотнители. Обезвоживание в искусственных условиях проводится на вакуум-фильтрах с последующей термиче­ ской сушкой или без нее, в центрифугах, на фильтрпрессах.

Сушка осадков на иловых площадках — процесс дли­ тельный. В зависимости от технологического режима процесса сбраживания и качества осадка подсушка про­ должается от 1 года до 5—10 лет. Благоприятное влия­ ние на ускорение сушки оказывает промораживание осадков в зимнее время. В результате промораживания разрушается белковая структура веществ, что спо­ собствует эффективному выделению воды из массы осадка.

Контроль процесса сушки на иловых площадках сво­ дится к периодическому определению влажности осад­ ков. Пробы для анализа отбираются в нескольких местах площадки, а также с разных глубин. Обязательно выпол­ няется санитарно-бактериологический анализ с опреде­ лением количества бактерий Coli и яиц гельминтов. Только при получении удовлетворительных результатов санитарного анализа разрешается вывоз высушенных осадков на сельскохозяйственные поля.

Осадок из метантенков, поступающий на иловые пло­ щадки, имеет влажность 96—97%. Вывозят его с площа­ док при влажности ниже 70%. Высушенный осадок по внешнему виду напоминает торф; при складировании он не рассыпается. •

Большая длительность сушки в естественных усло­ виях привела к необходимости интенсификации процесса. В эксплуатационном отношении вполне освоенным счи­ тается прием обезвоживания осадков под вакуумом (400—500 мм рт. ст.). Разработаны технические условия

203

проведения процесса для обезвоживания сырых и сбро­ женных осадков.

По убывающей способности отдавать влагу осадки городских станций распределяются в следующем поряд­ ке: сырой осадок из первичных отстойников; сброженный осадок из первичных отстойников (мезофил); смесь сы­ рого осадка из первичных отстойников и активного ила; смесь этих осадков, сброженная в мезофильных услови­ ях; смесь осадков, сброженная в термофильных услови­

чением ультрафиолетовыми лучами тонкого слоя осадка, последующей термической сушкой. Обезвоживание сы­ рых осадков приводит к упрощению схемы станции, по­ скольку отпадает надобность в метантенках. Способ рекомендуется для обработки небольших количеств осад­ ков и активного ила, а также для станций, на которые поступают преимущественно производственные сточные воды, содержащие мало веществ, сбраживающихся до метана.

Перед вакуум-фильтрацией сброженные осадки про­ ходят предварительную обработку: их смешивают с 2—3 объемами очищенной сточной воды и подают в отстой­ ник-уплотнитель, где они находятся до 18 ч. В воду пере­ ходит самая мелкая фракция сброженного осадка, за­ трудняющая фильтрацию и засоряющая материал фильтрующей ткани. Количество мелкой фракции доста­ точно велико. Вода из отстойника-уплотнителя с концен­ трацией мелкой взвеси 0,5—1 г\л направляется на по­ вторную очистку в первичные отстойники. Одновременно из осадка удаляются вещества, находящиеся в коллоид­ ном и частично растворенном состоянии. Осадок после промывки может быть уплотнен до влажности 95—96%. К уплотненному осадку добавляют реагенты — хлорное железо и известь в виде известкового молока, в результает чего происходит образование гидроокиси железа, ко­

инертной части извести перемешиваются, образуя смесь, относительно легко отдающую влагу при вакуум-фильт-

204

рации. Влажность отфильтрованного осадка составляет 70—80%. Фильтрат направляют в отстойник-уплот­ нитель.

Весь цикл обезвоживания с момента подачи осадка -на промывку занимает не более 5—10 ч, что создает ог­ ромный выигрыш во времени по сравнению с сушкой в естественных условиях.

Процесс вакуум-фильтрации контролируют как по основной операции, так и по дополнительным — по от­ мывке осадка, приготовлению реагентов и их смешению с осадком.

Ряд операций контролируют по величине удельного сопротивления фильтрации. Экспериментально эта ве­

фильтрата подсчитывают удельное сопротивление фильт­ рации, представляющее собой высоту слоя фильтрата, от­ несенную к 1 г сухого вещества осадка.

Количество вводимых реагентов зависит в основном от качества осадка и от его удельного сопротивления фильтрации. В среднем необходимые дозы хлорного же­ леза составляют 3—6%, а извести—10—15% по отно­ шению к весу сухого вещества осадка.

Отстойник-уплотнитель контролируется как обычный отстойник, а вакуум-фильтр — по влажности исходного

осадки (мезофильного процесса) нуждаются в дополни­ тельном обеззараживании, которое проводится теми же методами, что и для сырых осадков. В процессе термо­ фильного сбраживания осадки обезвреживаются полно­ стью, поэтому после обезвоживания они могут использо­ ваться без дополнительной обработки.

После вакуум-фильтра обезвоженный осадок пода­ ется в барабанную сушилку, где сушится топочными га­

20—30%- Температура отработанных газов 100—200°С. Можно получить осадок и с меньшей влажностью, но это

205

нецелесообразно, поскольку осадок с влажностью ниже 20% приобретает пылевидную структуру, что затрудняет его транспортирование.

В настоящее время получают признание сушилки и других типов, в частности сушилки с кипящим слоем осадка. В этих сушилках осадок находится во взвешен­ ном состоянии в потоке топочных газов, что значительно ускоряет процесс сушки.

Работу сушилок контролируют по влажности осад­ ков, по температуре газов до и после сушки и по расхо­ ду общего количества газа и на 1 т сухого вещества осадка.

Центрифугирование осадков, а также обезвоживание на фильтр-прессах рекомендовано для станций с неболь­ шими расходами сточных вод. Обработка в центрифугах при скоростях вращения 2500—3500 об/мин обеспечива­ ет эффективное уплотнение осадка, но создает фугат низ­ кого качества с большим содержанием взвеси. Количе­ ство уплотненного осадка после центрифугирования не превышает 65% по весу сухого вещества от количества поданного осадка, а при обработке одного ила составля­ ет всего 10—30%. Весь остальной осадок остается в фу-

осадки полностью обезврежены, например, в термофиль­ ном процессе, то наиболее целесообразно их использо­ вать непосредственно на сельскохозяйственных полях в жидком виде, поскольку азот аммонийных солей нахо­ дится в иловой воде.

Осадки, высушенные в естественных условиях, теряют часть удобрительных свойств в связи с потерей иловой воды. Однако эти осадки по своим свойствам вполне сравнимы с таким общепризнанным удобрением, как конский навоз.

Осадки после вакуум-фильтрации значительно усту-

206

пают высушенным в естественных условиях. Добавка ре­ агентов приводит к ряду ограничений в использовании таких осадков: их целесообразно вводить только в кис­ лые почвы. В результате отмывки мелкой фракции осад­ ка и растворенных компонентов, а также добавки ре­ агентов в осадке остаются вещества в относительно ма­ лодоступной форме для растений. Такой осадок вносят в почву задолго до предполагаемого его действия, чтобы обеспечить предварительный гидролиз сложных веществ в естественных условиях.

Осадок, термически высушенный, наименее ценен как удобрение из всех перечисленных видов осадков, однако это не исключает возможности и целесообразности его использования.

Кроме применения осадков в качестве удобрения воз­ можны и иные пути их утилизации. Так, эксперимен­ тальным путем установлено, что активный ил, высушен­ ный и специально подготовленный, полезен в качестве до­ бавки в корм животным, поскольку в иле находится в относительно большом количестве витамин В12. Ил в ка­ честве подкормки используют для таких животных, мя­ со которых не идет в пищу человека. Положительные ре­ зультаты получены при подкормке норок. Высушенные осадки могут быть также использованы в качестве ис­ ходного сырья при полукоксовании.

Г л а в а X V

ОБРАБОТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

ИКОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ

§104: Методы обработки и очистки производственных стоков

Ввысокоразвитых в техническом отношении

странах общее количество производственных сточных вод значительно превышает количество бытовых стоков. Характер и степень очистки производственных стоков определяется не только их составом, но и выбором даль­

207

Состав производственных сточных вод определяется видом производства и принятой технологической схемой.

Разнообразие состава производственных сточных вод очень велико, так как количество имеющихся видов сто­ ков приблизительно соответствует числу видов производ­ ства. Это обстоятельство определяет различные методы очистки, которые условно можно подразделить на три категории: подготовительная очистка, извлечение приме­ сей и деструктивная очистка.

Задачей подготовительной очистки является конди­ ционирование сточных вод для обеспечения возможно­ сти их транспортирования и дальнейшей очистки. Здесь применяются такие методы, как нейтрализация кислых или щелочных вод, удаление взрывоопасных газов, охлаждение горячих вод, смешение цеховых стоков в це­ лях усреднения состава и сглаживания пиковых концен­ траций примесей.

Под методами извлечения примесей понимаются лю­ бые методы очистки, сопровождающиеся выделением за­ грязнений из воды в виде твердой, жидкой или газооб­ разной фазы. К методам извлечения относятся: седимен­ тация, флотация (как разновидность седиментации), по­ будительная седиментация под действием коагулянтов и флокулянтов, отдувка газов, экстракция, отгонка с па­ ром (эвапорация), адсорбция, фильтрация и ряд других. Частным случаем методов извлечения являются такие, при которых определенная фаза сконцентрированных в малом объеме примесей возвращается в производство как ценный продукт. Эта разновидность методов извле­ чения может быть названа регенеративной. Из всех -ме­ тодов извлечения регенеративный метод наиболее целе­ сообразен, поскольку приводит к снижению общих за­ трат иа стоимость продукции и обработку сточных вод.

Методы деструктивной очистки воды включают такие способы обработки, при которых происходит разрушение первоначальных загрязнений окислением или восстанов­ лением с последующим удалением части продуктов ре­ акции в виде осадков или газов. К деструктивным мето­ дам можно отнести: хлорирование, озонирование, обес­ цвечивание окрашенных растворов водородом (в момент выделения), окисление под давлением, биохимическое окисление в аэробных и анаэробных условиях.

.Методы обработки и очистки производственных сто­ ков имеют общую основу с некоторыми методами очист-

208

ки городских стоков. Очистка производится в аналогич­ ных . по конструкции сооружениях, технологические процессы описываются, теми же закономерностями, учи­ тывающими, однако, специфику обрабатываемых стоков, управляются и контролируются по одним и тем же прин­ ципам. В связи с этим в данном разделе будут кратко рассмотрены только такие методы, которые, как прави­ ло, для обработки городских стоков не применяются.

§ 105. Подготовительная очистка и контроль процессов

Усреднение сточных вод — метод, используе­ мый для выравнивания концентраций загрязнений и ре­ акции среды при спуске щелочных и кислых стоков. Ем­ кость усреднителей обычно соответствует 4—12-ч прито­ ку. Для предотвращения выпадения осадка усреднители часто оборудуют мешалками. Иногда для этой цели по­ дают воздух с интенсивностью не менее 2—5 м3/м2-ч.

Повседневный контроль работы усреднителя обеспе­ чивается определением одного-двух показателей, напри­ мер величины рН среды, перманганатной окисляемости, вида специфического загрязнения. Целесообразно ис­ пользование экспресс-методов. Наиболее надежно конт­ роль достигается применением автоматических измери­ телей качества воды.

По общему графику отбора среднесуточных проб 1 — 2 раза в 10 дней производится полный анализ воды на входе в сооружение и на выходе из него, позволяющий, оценить возможность и эффективность работы усредни­ теля и последующих сооружений.

Нейтрализация сточных вод осуществляется чаще все­ го известковым молоком, если воды кислые, и раствором соляной кислоты, если воды щелочные.

В конкретных случаях для каждого производства эти рекомендации служат только исходным пунктом для со­ ставления схем обработки воды. В качестве нейтрали­ зующих агентов могут быть использованы многие хими­ ческие вещества. Наиболее удачными являются решения, предусматривающие использование в качестве реагентов отходов производства.

Процесс нейтрализации контролируют путем регист­ рации величины рН среды на выходе из нейтрализатора. Системы автоматики позволяют связать регистрацию ве-