Совершенствование технологии детоксикации активного ила с целью его безопасной утилизации в агросистемах. Монография

1. АКТИВНЫЕ ИЛЫ СТОЧНЫХ ВОД СТАНЦИЙ АЭРАЦИЙ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ УТИЛИЗАЦИИ

По сравнению с осадками производственных стоков, осадки бытовых сточных вод по своему составу более однородны. Здесь органические вещества основной массы осадков из первичных отстойников и активного ила из вторичных отстойников составляют 70–80 %. Влажность колеблется от 93 до 99,5 %. Механический состав осадков весьма неоднородный. Величина отдельных частиц колеблется от 10 мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности [3].

Наиболее полная классификация связи воды с твердыми частицами суспензий предложена академиком П. А. Ребиндером. Большая работа в этом направлении выполнена Л. Г. Пироговым. Более упрощенную и достаточно четкую классификацию предложил М. Я. Калюжный, различая три вида связи воды — свободную, коллоидносвязанную и химически связанную [4].

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 он 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 [18]. Отличается высокой влажностью 99,2–99,7 % [8, 10, 11, 18]. Этот осадок легко взмучивается и довольно быстро оседает при отстаивании.

Сорбционная поверхность хлопьев активного ила исключительно велика. По данным Л. Б. Доливо-Добровольского, в 1 мл жидкости с илом, взятой из аэротенка, находится около 100 млн бактерий; суммарная поверхность их в 1 м3 составляет 1200 м2. Эта поверхность хорошо адсорбирует коллоиды и суспензии из сточной воды [18].

В осадках, как и в сточной воде, можно найти все основные формы бактерий: цепочки, состоящие из шарообразных кокков, цилиндрические палочки, являющиеся преобладающей формой в сточной воде, и спирально изогнутые спириллы.

11

М. В. КИРИЛЛОВ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЕТОКСИКАЦИИ АКТИВНОГО ИЛА С ЦЕЛЬЮ ЕГО БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ В АГРОСИСТЕМАХ

Из патогенных бактерий могут встретиться возбудители желу- дочно-кишечных и других заболеваний. Весьма характерным для осадков является большая заселенность их гельминтами.

Основная масса живых организмов состоит из бактерий (дисперсные соединения и скопления в виде хлопьев). Кроме бактерий, в осадках имеются диатомовые водоросли — астеллярия, тобеллярия и др.; простейшие микроорганизмы (свободноплавающие цилиаты, корненожки — арцелла; членистоногие — дафнии и циклопы).

В активном иле, кроме аэробных бактерий, развиваются различные виды простейших (бесцветные жгутиковые, свободноплавающие и прикрепленные цилиаты). Из более сложноорганизованных имеются коловратки, сувойки и конвалярия. При ухудшении качества ила появляются нитчатые формы бактерий, исчезают коловратки, сувойки и появляются мелкие амебы [3, 4, 10, 17, 18].

Элементный состав сухого вещества осадков сточных вод колеблется в широких пределах. Так, в сырых осадках содержится (в % от сухой массы): углерода 35,4–87,8, водорода 4,5–8,7; серы 0,2–2,7; азота 1,8–8,0; кислорода 7,6–35,4; в активном иле соответственно 44,0–75,8; 5,8–8,2; 0,9–2,7; 3,3–9,8; 12,5–43,2.

Осадки сточных вод содержат значительное количество биогенных веществ — азота, фосфора, калия. Наряду с органическим веществом и микроэлементами они определяют удобрительную ценность различных видов осадков. По этим показателям осадки сточных вод, обработанные соответствующим образом, часто не уступают традиционным органическим удобрениям.

Содержание валового фосфора в осадках, в зависимости от вида и места их происхождения, колеблется от 0,3 до 8,0 %, от сухого вещества.

Наиболее богат фосфором активный ил. В свежем осадке его содержится 0,6–5,2 %, в сброженном — 0,9–6,6 % Р2О5. Содержание калия в осадках сточных вод в среднем составляет 0,2–0,6 % от сухого вещества, в том числе в активном иле — 0,3–0,8 % [15, 17].

12

1. АКТИВНЫЕ ИЛЫ СТОЧНЫХ ВОД СТАНЦИЙ АЭРАЦИЙ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ УТИЛИЗАЦИИ

Знание химического состава необходимо для определения наиболее рациональных путей их использования и обработки. В табл. 1.2 представлен химический состав их минеральной части [8].

Таблица 1.2

Состав минеральной части осадков, % к абсолютно сухому веществу

Объем осадков зависит главным образом от их водосодержания: с уменьшением влажности объем их уменьшается.

Количество осадков, выделяемых из бытовых сточных вод на тех или иных очистных сооружениях, определяется конструктивными особенностями этих сооружений и расчетным режимом их работы.

Количество осадков влажностью 96 % из первичных отстойников составляет 1 % очищаемых стоков; ила влажностью 97 % из вторичных отстойников после аэрофильтров — 2 %; избыточного активного ила влажностью 99,5 % из вторичных отстойников после аэротенков (при полной очистке) — 16 % [4].

Приближенно количество осадков, выделяемых на городских станциях аэрации, можно принимать до 1 % объема очищенных стоков при влажности осадков 95 % [4].

13

М. В. КИРИЛЛОВ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЕТОКСИКАЦИИ АКТИВНОГО ИЛА С ЦЕЛЬЮ ЕГО БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ В АГРОСИСТЕМАХ

1.2. Современные технологии утилизации избыточного активного ила

Утилизация осадков сточных вод позволяет не только активно содействовать природоохранным целям, но также получить много ценных продуктов и материалов для народного хозяйства. До сих пор огромное количество осадков сточных вод остается неиспользованным или используется весьма ограниченно. С развитием науки и техники появляются новые возможности многообразного и полного использования осадков, позволяющие превратить очистные станции в самоокупаемые и рентабельные предприятия. Эти возможности следующие [2–8, 12, 13, 17, 18, 21–24]:

1.В области сельского хозяйства: использовать осадки как ценное удобрение; превращать песчаные почвы с помощью осадков

вплодородные участки; использовать активный ил как белкововитаминный корм для животных и птиц или получать полноценную кормовую смесь, состоящую из кормовых дрожжей и активного ила.

2.В области промышленного производства: утилизировать жировые вещества для получения технического жира и консистентных смазок; использовать осадки сточных вод производственных предприятий в строительных и дорожных работах; получать тех-

нический витамин В12 для комбикормовой промышленности; получать белковые вещества и аминокислоты; применяя сухую пере-

гонку осадков, получать ценные химические продукты.

3.В области использования газа метантенков: получать тепловую, механическую и электрическую энергию; использовать газ для бытовых нужд или превращать его в заменитель бензина; получать химические продукты.

14

1. АКТИВНЫЕ ИЛЫ СТОЧНЫХ ВОД СТАНЦИЙ АЭРАЦИЙ

ИОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ УТИЛИЗАЦИИ

1.2.1.Использование осадков

вкачестве органоминеральных удобрений

Осадки сточных вод, выделяемые на очистных станциях, можно использовать как ценное удобрение, значительно повышающее урожайность овощных, зерновых, плодово-ягодных, цветочных и кормовых культур [3, 4, 11, 12, 17, 18, 23–26]. Осадки содержат все необходимые питательные вещества, уступая навозу только лишь по количеству калия, и при влажности 75–97 % хорошо усваиваются почвами. Они могут быть существенным дополнением к минеральным удобрениям и в первую очередь в районах севера европейской части Сибири и Дальнего Востока, обеспеченных удобрениями меньше, чем другие районы [3, 4].

Среднее содержание основных питательных веществ осадков, по сравнению с содержанием их в навозе, приведено в табл. 1.3.

Следует отметить, что количество основных удобрительных веществ в бытовых стоках из расчета на 1 чел. в год составляет: азота — 2,92, фосфора — 0,62, калия — 0, 8 кг [26].

В табл. 1.4 приводятся данные А. П. Шванской по эффективности применения осадков в сравнении с минеральными удобрениями [4].

Из таблицы видно, что осадки значительно повышают урожайность. Наиболее эффективной формой удобрения является комбинация осадка с минеральным калийным удобрением (лучше с сернокислым калием).

Такое сочетание дает хорошие результаты при благоприятных влажностных условиях почвы, в противном случае действие минеральных удобрений ослабевает, а в засуху приводит к пониженному урожаю.

Наибольшая удобрительная ценность осадка наблюдается в поймах и на суглинистых почвах. Последние отличаются естественными запасами калия, и, следовательно, на этих почвах добавка калия требуется меньшая, чем на супесчаных. Добавка к осадку

15

М. В. КИРИЛЛОВ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЕТОКСИКАЦИИ АКТИВНОГО ИЛА С ЦЕЛЬЮ ЕГО БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ В АГРОСИСТЕМАХ

фосфорнокислых минеральных удобрений не дает положительных результатов, так как осадок сам богат фосфорной кислотой. Но некоторая добавка азота (30–40 кг/га), извести и калия (не менее 60 кг/га) приводит к значительному повышению урожая.

Важным фактором повышения урожайности является дозировка внесения осадка в качестве удобрения.

Таблица 1.3

Агрономическая ценность осадков сточных вод и навоза

Лучшее время для внесения осадка под клубнеплоды и корнеплоды — ранняя осень. В это время достигается более полное разложение осадка в почве. При задержке осадок может быть вывезен зимой или ранней весной в замороженном виде для применения при весенней запашке.

16

1. АКТИВНЫЕ ИЛЫ СТОЧНЫХ ВОД СТАНЦИЙ АЭРАЦИЙ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ УТИЛИЗАЦИИ

По санитарно-гигиеническим условиям использование для удобрения осадков бытовых сточных вод или смеси бытовых и производственных сточных вод возможно лишь при обеспечении незагниваемости осадков, уничтожении патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов, что может быть достигнуто биотермической и тепловой обработкой.

Таблица 1.4

Эффективность осадков как удобрения (почва супесчаная)

Некоторые специалисты считают достаточным применение термической сушки [5, 9, 22], однако со стороны санитарных врачей нередко высказывается возражение, основанное на том, что при мгновенной термической сушке обеззараживание не является полным и надежным. Жидкие осадки сточных вод могут быть надежно обеззаражены в термогравитационном уплотнителе активного ила, применяемом в гидролизной промышленности в качестве интенсивного уплотнителя. Опыты, проведенные в лаборатории очистки сточных вод ВНИИгидролиза, показали, что температурная обработка ила при 80–90 °C в течение 1 ч или даже 45 мин полностью уничтожает яйца гельминтов и обеспечивает невыживаемость бактерий группы Coli [18].

Ценность осадков как удобрения не вызывает сомнений. И не случайно, что область применения их все расширяется. В 1951 г.

17

М. В. КИРИЛЛОВ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЕТОКСИКАЦИИ АКТИВНОГО ИЛА С ЦЕЛЬЮ ЕГО БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ В АГРОСИСТЕМАХ

в ботаническом саду была удобрена сброженным осадком плантация роз, что оказало положительное влияние на их развитие и цветение, а в 1956 г. осадок был применен для удобрения однолетних и многолетних цветочных растений. В течение 9 лет садово-парко- вое управление Мосгорисполкома широко использует сброженный осадок, вывезенный с иловых площадок. Так, для заправки почвы под многолетние и однолетние культуры вносилось осадка от 40 до 80 т/га, или от 4 до 8 кг/м2. Еще больше осадка применялось при закладке газонов — 100–200 т/га, или 10–20 кг/м2 [4].

Внекоторых южных районах осадок в качестве удобрения применяют также достаточно широко. В Азербайджане, например, подсушенные сброженные осадки используются колхозниками для удобрения виноградников. Ценность осадков настолько велика, что там считается вполне целесообразным перевозить их морем для использования в качестве удобрения на чайных плантациях.

Наряду с использованием обезвоженных или сухих осадков в качестве удобрения, последние могут утилизироваться на сельскохозяйственных полях в жидком виде. В этом случае исключается дорогая обработка их, а также создаются оптимальные условия наиболее полного использования удобрительных веществ, содержащихся в осадках.

Распределять жидкие осадки можно заливом отдельных участков расчетным количеством ила слоем 5, 10 и 15 мм, или запашкой ила в борозды, или дождеванием. Но во всех случаях более экономично жидкий ил транспортировать по трубопроводам.

Вработе М. А. Евилевича и Ю. И. Черноусова «Утилизация активного ила ЦБП» приведены данные по применению жидкого сброженного ила Большого Чикаго в количестве 6000 м3/сут для удобрения сельскохозяйственных полей площадью 6000 га. По этим данным, перекачивать ил по трубам можно даже при концентрации его до 12–15 %. В табл. 1.5 приводятся результаты опытов санитарного округа Большого Чикаго на участке кукурузы площадью 2,8 га, удобренном жидким илом влажностью 84,5 %. Почва опытного поля — пылеватый суглинок.

18

1. АКТИВНЫЕ ИЛЫ СТОЧНЫХ ВОД СТАНЦИЙ АЭРАЦИЙ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ УТИЛИЗАЦИИ

Таблица 1.5

Эффективность внесения жидкого ила на урожай кукурузы

Для осадков влажностью 90–97 % наиболее совершенным и экономичным способом доставки их на сельскохозяйственные участки является перекачивание по напорным трубам. В вегетационный период и в зимнее время осадки должны перекачиваться на иловые пруды или на другие места (например, в илонакопители), откуда после подсушки осадки будут развозиться по удобряемым участкам. В настоящее время сброженные осадки от Курьяновской и Люблинской станций аэрации перекачиваются на подмосковные сельскохозяйственные участки за 50–70 км. Количество этих осадков составляет около 1,5 млн м3 в год [6].

ВУльяновском районе Московской области жидкий осадок, перекачанный с Курьяновской станции аэрации, применяется для заправки почв и подкормки растений. В 1960 г. на заранее нарезанные борозды земельных участков колхозов и совхозов было перекачано 176 тыс. м3 осадков, что значительно повысило урожайность сельскохозяйственных культур.

Вэтом же районе начиная с 1957 г. ежегодно удобряется жидким осадком яблоневый сад площадью 100 га. Применение жидкого осадка в количестве от 250 до 400 м3/га значительно повысило урожай сада.

19

М. В. КИРИЛЛОВ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЕТОКСИКАЦИИ АКТИВНОГО ИЛА С ЦЕЛЬЮ ЕГО БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ В АГРОСИСТЕМАХ

1.2.2. Мелиорация песчаных почв и болот

Одним из способов превращения песчаных неплодородных почв и болот в плодородные является использование органических удобрений, содержащихся в озерном иле, торфе и осадках сточных вод. Органические вещества, внесенные в песчаную почву, способствуют дернообразованию, хорошо армируют и укрепляют рыхлую почву, предохраняют ее от эрозии, увеличивают влагоемкость. Для этой цели может найти практическое применение система перекачки жидких осадков по напорным трубам. Исследования, выполненные доктором сельскохозяйственных наук Н. Ф. Мищенко с озерным илом на песчаных почвах, позволили установить, что стабилизационные свойства ила выше, чем торфа.

Многолетние опыты позволили принять норму осадков сточных вод для превращения песчаной почвы в плодородную, равной 50–100 т сухого ила на 1 га. При средней норме внесения осадков 75 т/га, их удельной массе 1,76 т/м3 при влажности 95 % для площади 100 га потребуется 85 тыс. м3 осадков в год. Такое количество осадков может обеспечить город с числом жителей около 350 тыс. чел.

Ценный опыт по использованию осадков сточных вод в целях освоения болот имеется в Архангельске. К центральному району города примыкает обширное сфагновое болото (такие болота трудно поддаются культивированию и осушению). На один участок этого болота стали вывозить твердые осадки сточных вод, выгружаемые из осадочных частей смотровых колодцев общесплавной системы канализации, а также из выгребов. Наблюдениями было установлено, что через 2–3 года жизнедеятельность сфагнума прекращается. На поверхности болота образуется почвенная корка, на которой интенсивно растет травяная растительность. Так был образован луг, где производятся обильные покосы трав и заготовка сена. Этот опыт был учтен при составлении под руководством И. Б. Песенсо-

20