14 Ковальчук Очистка стічних вод

Рис. 14.39. Технологічна схема теплової обробки осадів за методом Портеуса:

1 - подача осаду; 2 - резервуар-накопичувач осаду; 3 - високонапірний насос; 4 - теплообмінник; 5 - подача пару; 6 - реактор; 7 - запобіжний клапан; 8 - парогазова суміш на очистку; 9 - вакуум-фільтр; 10 - кек; 11 - фільтрат; 12 - плунжерний насос; 13 - мулозгущувач; 14 - редукційний клапан для зниження тиску; 15 - резервуар-накопичувач мулової води; 16 - насос; 17 - мулова вода; 18 - подача мулової води в «голову» очисних споруд

вже пройшов теплову обробку. Далі осад і пара, що подається по паропроводу, надходять у реактор, де, власне, і відбувається процес його теплової обробки. Оброблений осад проходить теплообмінник, пристрій для зменшення тиску і далі надходить у мулозгущувач. Ущільнений осад подається на зневоднення плунжерними насосами.

Однак мулова вода, що відводиться з мулозгущувача, має дуже велике значення БПК (до 10-11 г/л), а вміст завислих речовин у ній складає до 3 г/л [23]. Вона являє собою темно-коричневу рідину, до складу якої входять вуглеводи, розчинні поліпептиди, летючі жирні кислоти, амонійний азот. При скиданні такої мулової води в «голову» очисних споруд необхідно на 10-15 % збільшувати потужність аеротенків. З метою зменшення навантаження на очисні споруди мулову воду випаровують у багатокорпусній вакуум-випарній установці або зброджують в метантенках в очищають в аеротенках. Іншим

531

недоліком розглядуваного методу є утворення злепахнучих газів, які для дезодорації спалюються в топках печей чи піддаються мокрій та абсорбційній очистці. Крім зазначених, до недоліків методу можна віднести зменшення вмісту в осаді органічних речовин, що зменшує його цінність, як добрива, застосування досить складного дробильного, регулювального й контрольновимірювального обладнання, а також насосів, теплообмінників і реакторів, які працюють під великим тиском.

Теплова обробка осаду застосовується на багатьох очисних станціях Америки і Європи. Зокрема, на очисній станції Ашер-ІІІ в Парижі працюють 5 самостійних установок теплової обробки осаду продуктивністю за ущільненим осадом 30 м3/год, на новій станції Ашер-IV працює 7 самостійних установок продуктивністю 40 м3/год. У ФРН найбільш крупні установки теплової обробки осадів експлуатуються в Мюнхені (продуктивність за вихідним осадом вологістю 95-95,5 % становить 1000 м3/добу, продуктивність одної установки - 20 м3/год), Маннхаймі (500 м3/добу і 23 м3/год), Аусбурзі (480 м3/добу і 21 м3/год), Боттропі (4000 м3/добу і 35 м3/год) [22]. У свій час були розроблені проекти установок теплової обробки осадів на очисних станціях Харкова, Полтави, Чернігова, Донецька (інститут УкркомунНДІпроект), Горлівки і Львова (інститут Укрпівденкомунбуд) [3], але наразі невідомі дані стосовно їх будівництва чи експлуатації.

14.5.4. Заморожування й танення осаду

При заморожуванні частина зв’язаної вологи переходить у вільну, тверді частинки осаду коагулюють, що призводить до зменшення питомого опору осаду фільтрації до (1-6).1010 см/г. Заморожування здійснюють до 5-10 °С протягом 1-2 год. Після танення осади направляють у мулозгущувачі, а далі на мулові майданчики, де осад відносно швидко зневоднюється до воло-

гості 60-70 %.

Вперше метод вивчався у Великобританії в 1961-1963 рр. при обробці осадів водопровідних станцій. Для заморожування застосовувались аміачні холодильні машини трубчастого типу. Заморожування й танення осаду здійснювалося в одному резервуарі. Фірмою «Лінде» (ФРН) запропонована установка барабанного типу, в якій наморожування осаду здійснюється на поверхню барабана, що обертається в піддоні з вихідним осадом. Наморожений осад знімається з поверхні барабана ножем.

Принципова схема установки НДІКВОВ для штучного заморожування й відтаювання осаду наведена на рис. 14.40. Крім мулових майданчиків, кондиціонований осад можна зневоднювати також і механічним способом - на фільтр-пресах чи вакуум-фільтрах наливного типу (барабанні вакуумфільтри використовувати не можна, оскільки осад після заморожування-

532

танення не налипає на фільтрувальну тканину). Витрата енергії на обробку осаду суттєво знижується за рахунок використання внутрішньої рекуперації тепла при переході від режиму заморожування до режиму танення.

Рис. 14.40. Принципова технологічна схема установки для заморожування й танення осаду [24]:

1 - подача осаду; 2 - ущільнювач осаду; 3 - відведення надлишку осаду; 4 - насос; 5 - льодогенератор із пристроєм для плавлення льоду; 6 - кондиціонований осад; 7 - перелив; 8 - приймальний колодязь осаду; 9 - мулова вода

Метод можна ефективно використовувати при природному заморожуванні осадів у зимовий час. Для цього необхідно: здійснювати пошарове наморожування осаду на мулових майданчиках для його промерзання на всю глибину; видаляти шар снігу з поверхні осаду; забезпечити швидке відведення талої води з поверхні осаду, оскільки при тривалому контакті води й осаду він відновлює свої властивості і знову погано віддає вологу.

14.6. Зневоднення осадів

14.6.1. Зневоднення осадів у природних умовах

Найбільш простим і розповсюдженим способом зневоднення осадів є їх підсушування на мулових майданчиках різноманітних конструкцій. Мулові майданчики складаються з карт, обвалованих із всіх сторін огороджувальними валиками. Розрізняють мулові майданчики на природній основі з дренажем і без дренажу; на штучній асфальтобетонній основі з дренажем; каскадні з осаджуванням і поверхневим видаленням мулової води; майданчикиущільнювачі.

Механізм дії мулових майданчиків зводиться, головним чином, до наступних процесів: ущільнення осаду та видалення води з його поверхні; фільтрування води через шар осаду й видалення її за допомогою дренажу;

533

випаровування води з вільної поверхні осаду. В залежності від конструкції майданчика та властивостей осаду зазначені процеси можуть поєднуватися між собою.

На процес зневоднення осаду на мулових майданчиках істотно впливають: температура довкілля, атмосферний тиск і швидкість вітру, кількість атмосферних опадів; фільтраційні властивості дренажу та основи майданчиків; фільтраційні властивості осаду (питомий опір осаду фільтрації); товщина шару осаду, що напускається, і вчасне прибирання підсушеного осаду; оснащеність обладнанням, механізмами й пристроями для прибирання, завантаження, транспортування, а також вивезення осаду.

Кліматичні умови, безумовно, впливають на швидкість зневоднення осаду, але вони не є вирішальними при виборі конструкції мулових майданчиків і навантаження на них. Дослідження, виконані І.Д.Свенвіком (Англія), І.С.Туровським і іншими дослідниками дозволили встановити, що питомий опір осаду фільтрації визначає в значній мірі, як швидкість видалення води з поверхні осадів декантацією та швидкість її випаровування, так і, в кінцевому рахунку, навантаження та продуктивність мулових майданчиків.

На рис. 14.41 наведені криві, які ілюструють вплив питомого опору фільтрації збродженого осаду, вологість якого складає 96,75 %, на швидкість фільтрації й випаровування вологи. За меншого питомого опору фільтрації (190.1010 см/г) осад зневоднювався на мулових майданчиках значно швидше (за 30 діб), у той час, як за більшого питомого опору (2900.1010 см/г) - зневоднювався значно повільніше (за 110 діб). У першому випадку до 68 % загальної кількості вологи видалялось шляхом фільтрування і лише до 27 % шляхом випаровування; у другому випадку, навпаки, біля 70% вологи видалялось випаровуванням і тільки до 25% - фільтруванням. При цьому на випаровування вологи вимагалося значно більше часу, ніж на фільтрування.

Навантаження на мулові майданчики за сухою речовиною має лінійну залежність від питомого опору фільтрації збродженого осаду (рис. 14.42). Дані Свенвіка добре узгоджуються з даними, отриманими на очисних станціях ряду міст Росії, і мають практичне значення, оскільки дозволяють здійснити вибір типу мулових майданчиків і режиму їх експлуатації в залежності від питомого опору осаду фільтрації: мулові майданчики на штучній піщаногравійній основі з трубчастим дренажем застосовуються при значеннях питомого опору осадів фільтрації r ≤ 1000.1010 см/г; на природній основі з дренажем - при r = (1000-4000).1010 см/г; з осаджуванням і поверхневим видаленням мулової води - при r > 4000.1010 см/г.

Найпростіші мулові майданчики на природній основі проектують-

ся на добре фільтруючих грунтах, при заляганні грунтових вод на глибині не менше 1,5 м від поверхні карт і лише тоді, коли допускається фільтрування

534

Рис. 14.41. Залежність об’єму вологи, що видаляється з мулових майданчиків, від тривалості процесу підсушування осаду [3]:

1 і 2 - загальна кількість вологи, що видаляється, відповідно при R =190.1010 і 2900.1010 см/г; 1а і 2б - кількість вологи, що видаляється фільтруванням; 1б і 2б - кількість вологи, що видаляється випаровуванням

Рис. 14.42. Залежність навантаження на мулові майданчики, від питомого опору збродженого осаду [3]:

1 - для м. Брукнелла (Англія); 2 - для м. Сочі; 3 - для Кунцевської станції аерації; 4 - для двоярусних відстійників Климовської очисної станції; 5 - для м. Хогсмілл Веллі (Англія); 6 - для Люблінської станції аерації; 7 - для Кур’янівської станції аерації; 8 - для м. Калінінграда (Московська обл.)

мулової води в грунт. Якщо глибина залягання грунтових вод менше 1,5 м, то необхідно здійснити пониження їх рівня.

При проектуванні мулових майданчиків слід приймати: робочу глибину карт 0,7-1 м; ширину валиків по верху - не менше 0,7 м (при використанні механізмів для ремонту земляних валиків 1,8-2 м); ухил розподільних труб - за розрахунком, але не менше 0,01, кількість карт - не менше 4. Осад розподіляють між майданчиками та підводять до випусків на майданчик по трубам чи лоткам, що вкладаються з похилом 0,01-0,03. У залежності від розмірів карт відстань між випусками приймають в межах 10-50 м. Розміри карт у плані приймають в залежності від місцевих умов і забезпечення їх зручної експлуатації. Ширину окремих карт приймають не менше 20 м, довжину

- 100-150 м.

Осад, розлитий по картам, підсихає здебільшого за рахунок випаровування води. Частина води профільтровується в грунт. На мулових майданчиках влаштовуються дороги з пандусами для заїзду на карти автотранспорту

535

й засобів механізації. Підсушений осад згрібається бульдозерами або скреперами, навантажується в автомашини і відвозиться. Вологість зневодненого осаду складає 75-80 %.

За відсутності фільтруючих грунтів або у випадку заборони надходження мулової води в грунт влаштовують мулові майданчики на природ-

ній або штучній основі з дренажем.

Мулові майданчики на природній основі з дренажем влаштовуються при водоупорі під невеликою товщею фільтруючого природного грунту; в

Рис. 14.43. Мулові майданчики:

1 - кювет огороджувальної канави; 2 - дорога; 3 - пандус; 4 - дренажні труби; 5 - дренажна канава; 6 - зливний лоток; 7 - лоток для подачі осаду; 8 - шибери; 9 - деревяний щит під зливним лотком; 10 - колодязь; 11 - трубопровід для подачі осаду

536

інших випадках при різноманітних несприятливих умовах влаштовуються мулові майданчики на штучній основі з дренажем. Природна або штучна основа майданчиків у вигляді гравійної чи щебеневої підготовки, покритої асфальтом, має ухил до лотка-траншеї шириною до 1 м, де знаходяться дренажна труба і фільтр із щебеню, або гальки крупністю 2-6 см. Дренаж вкладають з гончарних труб діаметром 75 мм. Відстань між сусідніми дренами складає 6-8 м, початкова глибина траншеї - 0,6 м, а похил - 0,003 (рис. 14.43).

Упроцесі зневоднення вода випаровується з поверхні та фільтрується через шар осаду в дренаж. В результаті досягається висока швидкість зневоднення осаду, а його вологість зменшується до 80%.

Увітчизняній практиці навантаження на мулові майданчики визначають у м3 осаду, що припадає на 1 м2 площі мулових майданчиків за рік. В районах із середньорічною температурою повітря 3-6 °С і середньорічною кількістю атмосферних опадів до 500 мм навантаження осаду на мулові майданчики слід приймати за табл. 14.21. Навантаження на мулові майданчики в інших кліматичних умовах слід визначати з урахуванням кліматичного коефіцієнта за СНиП 2.04.03-85. Повна площа мулових майданчиків повинна бути більше корисної на 20-40%. Ця додаткова площа необхідна для влаштування огороджувальних валиків і доріг.

Таблиця 14.21

Розрахункові навантаження на мулові майданчики [7]

537

Належний ефект роботи мулових майданчиків досягається лише при їх правильній експлуатації. При наливі на карту збродженого осаду товстим шаром (понад 0,7-0,8 м) внаслідок залишкового газовиділення тверді частинки флотуються на поверхню з утворенням кірки, яка помітно гальмує процес випаровування вологи з нижчих шарів. У шарі товщиною 0,25-0,3 м розшарування осаду не відбувається. У зимовий час шар наливу осаду може бути збільшений до 0,5 м. Шар одноразового наливу осаду на мулові майданчики може бути тим більшим, чим менше значення питомого опору осаду фільтрації.

Кольматація основи відбувається тим швидше, чим гірше фільтруються осади, що пов’язане з більшим вмістом у таких осадах мілкодисперсних і колоїдних частинок. При хорошій водовіддачі осаду фільтрація здійснюється через шар осаду, який відкладається на основі чи у порах завантаження дренажу. Осад прибирають з мулових майданчиків, коли шар підсушеного осаду досягає 40-50 см.

Взимку осад наморожується на мулових майданчиках. Площа мулових майданчиків, що відводиться для зимового наморожування, залежить від числа днів із середньодобовою температурою нижче -10 °С, яке визначається за СНиП 2.04.03-85. Висоту шару наморожуваного осаду слід приймати на 0,1 м менше висоти валика. Через великий перепад температур осаду й повітря, при наморожуванні відбувається інтенсивне випаровування води з поверхні, а також часткове розшарування осаду. Коли висота шару намороженого осаду перевищить глибину промерзання водоймища в даній місцевості, нижче цієї глибини осад відтаює. Для зимового наморожування відводиться не більше 80 % корисної площі мулових майданчиків, а інші 20 % - призначені для приймання осаду в період весняного танення намороженого осаду.

Мулову воду з мулових майданчиків із дренажем спрямовують в «голову» очисних споруд. При зневодненні зброджених осадів концентрацію

завислих речовин у муловій воді приймають рівною 1000-2000 мг/л, а БПКповн - 1000-2000 мг/л, а при зневодненні аеробно стабілізованих осадів - відповід-

но 200 і 100 мг/л. Кількість мулової води приймають за розрахунком з урахуванням місцевих умов (випаровування, фільтрація і ін.).

На станціях середньої та великої продуктивності на малофільтрую-

чих грунтах влаштовуються мулові майданчики з осадженням осаду і поверхневим відведенням мулової води. Майданчики планують із 4-7 каска-

дів по 4-8 карт у кожному. Корисна площа однієї карти приймається від 0,25 до 2 га. Ширину й довжину карт приймають у залежності від похилу місцевості: при похилі 0,004-0,08 ширина однієї карти складає 30-100 м, при похилі 0,01-0,04 - 50-100 м, а при похилі менше 0,01 - 60-100 м. Довжину карти при більших похилах приймають 80-100 м і 100-250 м - при менших похилах. Відношення ширини карти до її довжини повинно знаходитись в межах - 1:2-

538

1:2,5. Висоту огороджувальних валиків і насипів для доріг приймають до 2,5 м, а робочу глибину карт - на 0,3 м і менше висоти огороджувальних валиків. Як майданчики можна використовувати природні яри.

Рис. 14.44. Мулові майданчики-ущільнювачі з твердим покриттям:

1 - трубопровід для відведення мулової води; 2 - трубопровід для подачі осаду; 3 - водовипуски; 4 - колодязь для напускання осаду; 5 - колодязь для мулової води; 6 - розподільний лоток; 7 - бетонована основа; 8 - земляні валики з твердим покриттям

539

Напуск осаду передбачається в дві-чотири перші карти. Мулова вода збирається і перекачується на очисну станцію. Подача осаду (або мулової води) на карту, що лежить нижче, відбувається через колодязі-перепуски. Об’єм мулової води, що відділилася, складає 30-50 % обєму зневоднюваного осаду. При цьому вологість осаду знижується з 97 до 94-95%. Подальше зневоднення осадку відбувається за рахунок випаровування води з його поверхні. Навантаження на розглядувані майданчики слід приймати за табл. 14.21.

Мулові майданчики-ущільнювачі проектують глибиною до 2 м у вигляді прямокутних карт-резервуарів із водонепроникними дном і стінами (рис. 14.44). Принцип дії майданчиків-ущільнювачів заснований на спроможності осаду до розшарування в стані спокою з утворенням (знизу-вгору) шару осаду, шару мулової води й кірки. Мулова вода періодично випускається з різної глибини через систему шиберів, влаштованих у стінці майданчика. Це забезпечує швидке зневоднення осаду, який далі підсихає до вологості 76-88 %.

Ширину карт майданчиків-ущільнювачів слід приймати 9-18 м, довжину 36-66 м, а відстані між точками випуску мулової води - 18 м. Карти повинні мати пандуси для можливості механізованого прибирання підсушеного осаду. Розроблені типові проекти мулових майданчиків-ущільнювачів - ТП

902-2-74 і ТП 902-2-75.

14.6.2. Механічне зневоднення осадів

Механічне зневоднення осадів застосовується при недостатній площі мулових майданчиків чи у випадку необхідності наступної утилізації осадів. Механічне зневоднення здійснюють методами фільтрування осадів на вакуумфільтрах і фільтр-пресах чи їх розділення в полі відцентрових сил на центрифугах.

При фільтруванні осадів відбувається процес розділення твердих частинок і рідини під дією різниці тисків над фільтруючим середовищем і під ним. Фільтруючим середовищем на вакуум-фільтрах і фільтр-пресах є фільтрувальна тканина й шар осаду, який формується на тканині в процесі фільтрування. На початку, фільтрування відбувається лише через тканину, в порах якої затримуються тверді частинки осаду, створюючи таким чином додатковий фільтруючий шар. З часом шар осаду зростає й стає головним фільтруючим середовищем, а тканина служить лише для його підтримання. Із зростанням шару осаду (кека) зменшується швидкість протікання через нього рідини (фільтрату). Осади стічних вод відносяться до стисливих матеріалів, пористість яких зменшується, а опір рідині (фільтрату) збільшується із зростанням різниці тисків в процесі фільтрування.

540