Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Технологии очистки сточных вод. Учебное пособие.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
NO NO PO NH мг/л
-
,
3
-
2
3+
4
-
4
Аэробный 3 и 4 коридоры
NO NO PO
NH
-
,
3
-
2
3+
4
-
4
Время, ч
Рис. 4.6. Изменение концентрации загрязняющих веществ
в аэробном коридоре

Контрольные вопросы по разделу

1. В чём состоит превосходство биоочистки микро-
водорослями над активным илом?
2. Какие недостатки использования микроводорослей
в очистке сточных вод?
3. Опишите схему очистки сточных вод с помощью
микроводорослей.
4. Какие виды микроводорослей используются
в процессе очистки?
5. Какие биохимические превращения протекают
в клетке во время очистки стоков?
61

5. УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ. СТЕРИЛИЗАЦИЯ ВОДЫ

5.1. УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ

Осадок – это твёрдый материал, удаляемый во время очистки сточных вод. Различают три вида осадка: осадок сточных вод от муниципальных очистных сооружений; осадок, перекачиваемый из септиков; промышленный осадок. Осадок остаётся как после первичной, так и после вторичной очистки сточных вод.
Есть множество способов переработки осадка, позво­ляющие его обезвреживать и таким образом не наносить вред окружающей среде.
Чаще всего, осадок подвергается переработке микро­организмами в анаэробных условиях – сбраживанию в метантенках. Основным продуктом, образующимся в ре­зультате брожения, является метан, который может быть использован в качестве дополнительного источника энер­гии на очистных сооружениях. Использование данного процесса позволяет уничтожить до 90% патогенных мик­роорганизмов, содержащихся в осадке, и стабилизирует его, устраняя запах и тенденцию к дальнейшему распаду.
Так же некоторые очистные сооружения обрабатывают отработанный ил путём обезвоживания, термической обра­ботки, добавлением химических веществ, помещением его в шламовые лагуны или компостированием. В других госу­дарствах существуют методы обработки осадка при помощи его облучения в целях уничтожения микроорганизмов.
В своём составе осадок содержит питательные вещест­ва (азот, фосфор, калий), неободимые растениям, а также гумусоподобный материал, который улучшает способность
62
бедных почв удерживать воду и воздух. В связи с этим его можно использовать в качестве удобрения. Но так как, сточные воды содержат токсичные вещества, а также бо­лезнетворные бактерии, вирусы и паразиты, использование осадка в качестве удобрения на территории Российской федерации запрещено.
В России, по разным оценкам, образуется около 2 млрд. м3 в год осадков с влажностью 96…97%. Уровень их использования оценивается в 1,0…1,5%.

5.2. СТАБИЛИЗАЦИЯ

Процедура стабилизации обычно снижает содержание органического вещества и воды, уменьшает запах и кон­центрацию патогенных микроорганизмов. Целью стабили­зации является либо получение конечного продукта, содержащего патогены ниже допустимых пределов (класс А), либо получние осадка, со сниженным числом патоге­нов уменьшается (класс В).
Стабилизацию можно осуществлять двумя основными способами: стабилизацией анаэробного сбраживания (мезофильное или термофильное) и аэробным сбражива­нием. Главным отличием этих двух способов является спо­собность уменьшать содержпние патогенных микроорга­низмов, содержащихся в осадке сточных вод.
В процессе анаэробного разложения вырабатываются метан, двуокись углерода и ряд других газов в небольших количествах, незначительные количества тепла и конечный продукт (стабилизированный ил с более высоким содержа­нием азота, чем при аэробном сбраживании). В результате аэробного разложения образуются двуокись углерода, аммиак и некоторые другие газы в небольших количествах
63
и конечный продукт. Стабилизированный ил, полученный в аэробных условиях, имеет более высокие уровни минера­лизации (содержание азота от 19 до 50%) после 16 недель инкубации при 30 °C. Данное явление может быть объяс­нено малым содержанием углерода (необходим для поч­венной микрофлоры) в анаэробно обработанном осадке, что приводит к неполной минерализации присутствующе­го в почве азота. Различия в минерализации также могут зависеть от конкретных групп или соединений, присутст­вующих в осадке, таких как полифенолы (задерживают минерализацию путём связывания с азотом в белках), рас­творимых углеводов или содержания воды в почве.
Сбраживание может осуществляться либо в мезофиль­ных (от 30 до 38 °C), либо в термофильных (от 50 до 60 °C) условиях. Именно температура, при которой осуществля­ется стабилизация осадка, является критическим парамет­ром при инактивации патогенов. Действительно, большин­ство бактерий в стадиях вегетативного роста инактивиру­ются во время теплового воздействия, при условии, что температура значительно выше оптимальной температуры роста, а период воздействия достаточен для их уничтоже­ния. Обработка осадка при более высоких температурах является более эффективной, чем мезофильный вариант для снижения содержания вегетативных патогенных бактерий и кишечных паразитов. Например, Salmonella enterica serovar Typhimurium и Mycobacterium paratuberculosis инактивируются в течение 24 ч в термофильных условиях, в то время как тот же самый в мезофильных условиях может занять несколько недель и месяцев.
Основным преимуществом анаэробного разложения является то, что конечные продукты – метан и двуокись
64
углерода (биогаз) могут использоваться для снижения энергетических потребностей очистного сооружения. Биогаз обычно содержит от 60 до 70% метана, от 30 до 40% диоксида углерода и небольшие количества других газов, включая аммиак, сероводород и меркаптаны, что делает его чрезвычайно ценным газом, который богат легко­извлекаемой энергией. Кроме того, анаэробное сбражива­ние не требует ввода воздуха или кислорода в систему, что является чрезвычайно рентабельным в отношении систем обработки осадка, требующих присутствия кислорода.

5.3. ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Стабилизация известью является интересной альтерна­тивой анаэробной и аэробной стабилизации, главным обра­зом, благодаря её экономически эффективному и функ­циональному характеру. Гидратированную известь (гидро­ксид кальция) добавляют в жидкий осадок сточных вод с концентрацией, достаточной для повышения рН до 12,0 в течение, по меньшей мере, 2 часов. При рН 12,0 ионы
+
NH , присутствующие в осадке, депротонируются, обра-
4
зуя газообразный аммиак, способный диффундировать че­рез клеточные мембраны микроорганизмов и обладающий бактерицидным действием. Сочетание высокого рН и ам­миака в незначительной степени уменьшает присутствие бактерий-индикаторов колиформ и фекальных стрептокок­ков. В нескольких исследованиях подтверждается необ­ходимость стабильного поддержания рН на уровне 12,0 в течение 20 – 60 дней для эффективного удаления саль­монеллы из осадка сточных вод, что делает стабилизацию известью относительно длительным способом. Альтерна-
65
тивой гидратированной извести является негашёная известь (оксид кальция), которая вызывает экзотермиче­скую реакцию с водой. Выделение тепла обычно повышает температуру осадка до 70 °C, что сопоставимо с темпера­турой, полученной во время пастеризации.
Дополнительным преимуществом стабилизации изве­стью является то, что высокое значение рН потенциально осаждает большинство металлов, присутствующих в осад­ке, тем самым уменьшая их растворимость и подвижность. Свободные ионы кальция образуют комплексы гидратиро­ванной извести с пахучими видами серы, такими как серо­водород, что приводит к образованию осадка с меньшим запахом. Кроме того, известь увеличивает содержания твёрдого вещества, что облегчает обработку и хранение осадка.
Также в качестве реагента можно использовать моче­вину или перуксусную кислоту (ПАА). Мочевина способ­ствует уничтожению E. coli, Enterococcus spp. и Salmonella spp. в течение 3 недель. ПАА уменьшает количчество жиз­неспособных бактерий в течение 12 ч после применения, включая вегетативные формы Clostridia spp. Чтобы избе­жать повторного роста бактерий в обработанном ПАА осадке, обработку необходимо проводить непосредственно перед распределением на почве. В случае мочевины во время стабилизации не потребляется аммиак, тем самым снижается риск повторного роста бактерий.
Таким образом, стабилизация осадка с применением химических веществ является дешёвым и легкодоступным способом, не наносит ущерб окружающей среде и даже повышает эффективность использование осадка в качестве удобрения.
66
При компостировании жидкий ил смешивается с на­полнителем, таким как древесная щепа или сухой компост. Микроорганизмы, присутствующие в груде компоста, окисляют питательные вещества осадка, что приводит к повышению температуры, особенно в центре кучи (до 60 °C или выше). Температура компостной кучи уменьшается до температуры окружающей среды, как только источники питательных веществ истощаются, а органические соединения осадка минерализуются до CO2 и H2O или превращаются в гуминоподобные вещества. Основными факторами, определяющими инактивацию патогенов при использовании данного метода, являются температура и время. Кроме того, на процедуру микробной инактивации влияют и другие агенты, такие как аммиак, органические компоненты, растворённые твёрдые вещест­ва и анионы гидроксидов. Уменьшение количества пато­генных бактерий в компосте также может потенциально зависеть от биологического взаимодействия: антагонизма или конкуренции между разными видами бактерий, при­сутствующими в куче. К примеру, некоторые виды молоч­нокислых бактерий ингибируют патогенные бактерии человека, присутствующие в осадках сточных вод, что указывает на значительный потенциал компостирования со стандартными микробиологическими агентами, такими как антибактериальные метаболиты. Таким образом, ком­постирование представляет собой довольно эффективную процедуру санитарной обработки при условии, что темпе­ратура достигает желаемого уровня, поддерживается в течение достаточного периода времени и остаётся неиз­менно высокой во всей стопке компоста.

5.4. КОМПОСТИРОВАНИЕ

67
5.5. СУШКА ОСАДКОВ
НА ИЛОВЫХ ПЛОЩАДКАХ
Сброженные в метатенках осадки подсушиваются на иловых площадках или в иловых прудах. Этот метод нахо­дит широкое распространение, но требуются большие земельные площади.
При механическом обезвоживании иловые площадки используются в качестве аварийных сооружений.
Площадь иловых площадок определяется из условий подачи на них 20…25% годового количества осадка, и площадки могут быть:
а) без дренажа;
б) с дренажом на искусственном дренирующем или асфальтобетонном основании;
в) каскадные иловые площадки с оттаиванием и по­верхностным удалением иловой воды;
г) площадки-уплотнители;
д) площадки с механическим удалением осадка
При подсушивании на них осадка протекают процессы уплотнения осадка, удаления жидкой фазы с поверхности, фильтрации жидкой фазы через слой осадка с удалением её с помощью дренажа и испарения жидкости со свободной поверхности осадка.
Нагрузка на иловую площадку зависит от конструкции иловых площадок, климатических условий, гранулометри­ческого состава твёрдой фазы осадка, влагоотделения осадка и т.д.
Для интенсификации работы иловых площадок и по­вышения на них нагрузки можно проводить предваритель­ную промывку труднофильтрующихся осадков очищенной сточной воды, коагуляцию осадков химическими реаген-
68
тами, замораживание и оттаивание. Промывка позволяет увеличить нагрузку на 70%, коагуляция в 2–3 раза, замо­раживание и оттаивание способствует лучшему обезвожи­ванию. Для равномерного отвода воды с площадок водоот­водящие колодцы с водосливами устраивают по периметру карт на расстоянии 30…50 м друг от друга.
Кондиционирование – предварительная подготовка осадка перед обезвоживанием. Цель – улучшение водоот­талкивающих свойств осадка путём изменения его струк­туры и форм связи воды. Существует несколько способов кондиционирования.
1. Элюирование – процесс кондиционирования, в кото­ром осадок промывают либо пресной, либо сточной водой, чтобы уменьшить его щёлочность, в частности, путём уда­ления аммиачных соединений.
В процессе разложения осадка большая часть сложно­го азотистого материала, присутствующего в сыром осад­ке, разрушается до более простых соединений. Также на­блюдается увеличение количества мелкодисперсного взвешенного твёрдого вещества.
Сброженный осадок разводят в три – пять раз элюи­рующим веществом и подвергают предварительному от­стаиванию. Супернатантный раствор уносит растворимые продукты разложения. Осадок, оставшийся в резервуаре, можно консолидировать и затем переходить к следующему этапу кондиционирования и обезвоживания.
2. Химическое кондиционирование. Применяется для облегчения отделения твёрдых веществ. Используют сле­дующие реагенты: известь, медь, хлоргидрат алюминия.

5.6. КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ

69
Известь почти всегда используется в сочетании с медью. Основное назначение – кондиционирование осадка, подлежащего обезвоживанию в фильтр-прессах. Преимущество извести состоит в том, что она увеличивает значение pH осадка и таким образом подавляет выброс сероводорода. Однако в результате высокого значения рН обычно выделяется аммиак и поэтому необходимо исполь­зование хорошей вентиляции.
Алюминиевый хлоргидрат, представляющий собой водный раствор, содержащий максимум 15% масс. А12О3, наиболее часто используется в качестве кондиционирую­щего агента для осадка, обезвоживаемого на фильтр­прессах, поворотных вакуумных фильтрах и в сушилках. Преимущество алюминиевого хлоргидрата состоит в том, что он не оказывает существенного влияния на массу осад­ка. Перед использованием раствор хлорогидрата алюминия требует 10 – 20-кратного разбавления.
3. Термическое кондиционирование облегчает отделение жидкости от осадка. Кроме того, тепло вызывает разруше­ние клеточных стенок и высвобождение внутриклеточного материала. Твёрдая и жидкая фазы затем при охлаждении быстро разделяются. Тепловое кондиционирование призна­но наиболее эффективными из всех систем кондициониро­вания. Кондиционированный ил способен противостоять сжатию во время последующего обезвоживания и, кроме того, в нём значительно снижено количество патогенов.

5.7. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ

Обезвоживание осадка – удаление из него воды до содержания сухих веществ более 15%. Обезвоживание является лишь частью процесса обработки осадка; обычно ему предшествует кондиционирование.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]