Тема 4: методы по обработке и утилизации осадка 0,111(4час).

При изучении материала студенту следует обратить внимание на следующие вопросы: на нахождении воды в осадке; на классификацию осадков; на методы обезвоживания осадков, устройство накопителей, площадок замораживания, сооружения, применяемые для механического обезвоживания осадка и реагентной обработки.

Основной теоретический материал по теме изложен ниже.

Все осадки, которые образуются на промышленных предприятиях можно разделить на две группы: осадки из сооружений водоподготовки и осадки из локальных очистных сооружений системы водоотведения.

Осадки, образующиеся на местных очистных сооружениях систем водоотведения промышленных предприятий, весьма разнообразных по составу и свойствам и многие из них содержат вредные для здоровья людей и опасные для окружающей среды соединения тяжелых металлов и ядовитые вещества. Производственные сточные воды, сбрасываемые в системы водоотведения, не позволяют использовать в качестве удобрений осадки бытовых сточных вод городов, так как в них накапливаются вредные вещества производственных сточных вод, что исключает либо затрудняет их дальнейшее использование в качестве удобрения. Утилизация осадков производственных сточных вод в настоящее время представляет значительную проблему. Возможные стадии обработки осадка сточных вод от момента его образования до утилизации представлена на рис.4

Выбор технологической схемы обработки осадков зависит от его свойств, количества, климатических условий, наличия земельных площадей, стоимости теплоносителей и т.п. Обработка осадка сточных вод направлена на уменьшение его объема, утилизации либо ликвидации с минимальным ущербом для окружающей среды и с максимальной утилизацией ценных компонентов осадка. Выбор схемы обработки осадка зависит от его свойств, количества, наличие земельных площадей, стоимости теплоносителя, а так же климатических и экологических условий.

Рис. 4. Возможные стадии обработки осадка в процессе его обезвреживания:

1‒ гравитационное; 2‒ флотационное; 3‒ центробежное; 4‒ анаэробное; 5‒ аэробное; 6‒ реагентная обработка; 7‒ тепловая обработка; 8‒ замораживание‒ оттаивание; 9‒ естественное; 10‒ механическое; 11‒ складирование ( вывоз на отведенные места, сброс в море); 12‒ использование в качестве удобрения и для улучшения структуры почвы; 13‒ использование при производстве различных строительных материалов (бетонные смеси, цемент, кирпич, керамзит и др.); 14‒ подсыпка территории.

Осадки, которые образуются в процессе водоподготовки, разнообразны по составу и свойствам.

Вода в осадке может находиться в виде: свободной воды, легко отделяемой отстаиванием; связанной воды (коллоидной, гидратной, капиллярной и клеточной).

Выделение связанной воды требует значительных усилий. Клеточная вода может быть отделена только тепловой обработкой осадка. Соотношение между свободной и связанной водой является главным в оценке способности осадка к обезвоживанию.

Осадки можно классифицировать:

−по происхождению (органические или минеральные);

−по качеству исходной воды, определяющей свойства осадка (соотношению цветности и мутности);

−по содержанию гидрофильных коллоидов (гидрофильные или гидрофобные);

−по водоотдающей способности (удельное сопротивление фильтрации, сжимаемость);

Гидрофильные органические осадки плохо обезвоживаются из−за большой доли связанной воды в виде гидрофильных коллоидов. К ним относятся осадки, которые образуются при биологической очистке воды и содержат до 90% беззольного вещества. В этих осадках могут присутствовать гидрофильные гидроксиды железа и алюминия.

Гидрофильные не органические осадки содержат гидроксиды металлов, которые образуются в результате реагентной обработки воды или благодаря использованию неорганических флокулянтов. В осадках могут содержаться органические соединения обусловленные цветностью исходной воды. Сюда относятся практически все осадки сооружений водоподготовки.

Гидрофобные неорганические осадки содержат незначительное количество или совсем не содержат связанной воды (песок, шлак, окалина). Эти осадки хорошо отдают воду.

В зависимости от качества исходной воды осадки можно подразделить: на осадки маломутных цветных вод; на осадки вод средней цветности и мутности; на осадки вод повышенной мутности.

Осадки которые образуются при очистке маломутных цветных вод характеризуются высокой влажностью, значительным содержанием органики и гидроксида алюминия и более низкими водоотдающими свойствами. Чем осадки вод повышенной мутности.

Водоотдающая способность осадка характеризуется коэффициентом сжимаемости и удельным сопротивлением фильтрации.

Осадки цветных вод малой мутности имеют высокое удельное сопротивление фильтрации r=(500−1200)10^-10 см/г и высокий коэффициент сжимаемости S=0,85−0,96.

Улучшить фильтрационные свойства осадка можно их предварительным кондиционированием с применением реагентов. При кондиционоровании происходит разрушение стабильности гидрофильных коллоидов осадка, причем часть связанной воды может быть освобождена и трансформирована в свободную воду. Предварительно осадки сгущают.

Осадки из отстойников, осветлителей и установок для приготовления реагентов и осадки промывных вод обычно уплотняют отстаиванием в сгустителях в течение 5−10 часов. При больших объемах осадков используются сгустители радиального типа Д≤18 м с медленным механическим перемешиванием осадка, для ускорения процесса уплотнения.

Уплотнение – самый простой способ уменьшения объема осадка при незначительных затратах электроэнергии. Влажность осадка в результате уплотнения снижается до 97−98%, а для хорошо уплотняющихся минеральных осадков − 70−80%. Осадок в сгуститель подается самотеком, а на сооружение обезвоживания – плунжерными или шнековыми насосами.

Применяются следующие основные способы обработки осадков станции водоподготовки:

1. Совместно с осадками сточных вод на очистных сооружениях водоотведения.

2. Естественное обезвоживание в накопителях осадка.

3. Естественное и искусственное замораживание и оттаивание осадка.

4. Механическое обезвоживание осадка.

5. Обезвоживание осадка и одновременная регенерация коагулянта.

После обезвоживания осадка остается проблема их утилизации. Утилизация осадка зависит от химического состава, определяемый качеством исходной воды, используемыми реагентами в процессе водоподготовки и обработке осадка.

Осадки могут служить исходным сырьем при производстве различных строительных материалов: бетонной смеси, цементов, кирпича и др. Однако основным способом остается складирование обезвоженных осадков в соглассованых с соответствующими органами местах или использование его в качестве подсыпки территории при удовлетворении всем требованиям технической целесообразности и экологической безопасности.

Обезвоживание осадков в естественных условиях.

Накопители предусматриваются для обезвоживания и складирования осадков. Выполняются в виде спланированных площадок глубиной более 2 м на естественном основании, либо используют существующие овраги и отработавшие карьеры. При складировании осадков с токсичными веществами, основание накопителей должно быть водонепроницаемым.

Накопители состоят не менее, чем из двух секций, которые работают по переменно по годам, с устройствами для подачи осадка при расстоянии между ними ≤60 м и системами отводов воды с любого уровня по глубине секций накопителя.

Площадки замораживания. Обезвоживание методом замораживания− оттаивания осадка является наиболее распространённым методом обработки осадков станции водоподготовки.

Процесс замораживания− оттаивания осадка характеризуется изменением количественного соотношения между связанной влагой и свободной в сторону увеличения последней. Условия обеспечиваются в процессе естественного замораживания осадка или в искусственных условиях на специальных холодильных установках. Чем выше интенсивность замораживания, тем меньше количество связанной воды успевает перейти в свободное состояние и может быть удалено из осадка. Для каждого типа осадка существует допустимый уровень интенсивности замораживания, превышение которого не приводит к изменениям водоотдающей способности осадка после оттаивания, и она сохраняется такой же, как у исходного осадка.

Площадки замораживания устраиваются в районах с устойчивым зимним периодом более 2 мес. в году с удалением осадка в места складирования через 1−3 года. Их рекомендуется устраивать секционными.

Площадки для замораживания проектируются аналогично иловым площадкам систем водоотведения. Транспортирование осадка осуществляется с помощью лотков, прокладываемых с уклоном ≥0,01. Расстояние между напуском и местами отвода отстоявшейся воды принимается ≤30 м. Ширина секции В≤40 м. Устройство для напуска и отвода отстоявшейся воды предусматривают на противоположных сторонах секций площадок. Устройство для отвода отстоявшейся воды должны обеспечивать её удаление с любого уровня по глубине площадки.

Механическое обезвоживание осадка является наиболее перспективным и широко применяемым методом. Осуществляется на камерных и ленточных фильтр –прессах. В качестве реагентов применяют: известь, флокулянты анеонного, неионогенного и катионного типов, каогулянты. Наиболее дешевым реагентом является известь, которая при введении в осадок выполняет двойную функцию: как химический реагент, частично растворяющий гидроксид алюминия, и как присадочный материал, снижающий величину показателя сжимаемости. Это приводит к улучшению фильтрационных свойств осадка и одновременно известь оказывает обеззараживающее действие рис.5.

Рис. 5. Схема обработки осадка на камерных фильтр ‒прессах:

1‒ бункер порошковой извести Са(ОН)₂; 2‒ вибратор; 3‒ шнековый транспортер; 4‒ расходный бак извести с мешалкой; 5‒ шнековый насос‒ дозатор; 6‒ расходомер; 7‒ уплотнитель исходного осадка; 8‒ приёмный резервуар осадка с мешалкой; 9‒ насос высокого давления; 10‒ смеситель; 11‒ манометр; 12‒ расходный бак флокулянта с мешалкой; 13‒ блок приготовления раствора флокулянта; 14‒ резервуар воды для промывки фильтр ‒пресса; 15‒ промывной насос; 16‒ камерный фильтр‒ пресс.

В зависимости от технологической схемы очистки воды усреднению и уплотнению подвергаются осадки из отстойников и, образующиеся при усреднении и отстаивании промывных вод фильтров и контактных осветлителей.

Уплотнение осадков перед механическим обезвоживанием является обязательным, поскольку исходный осадок имеет высокую влажность (99%). В процессе гравитационного уплотнения влажность осадков снижается в зависимости от их исходного качества до 92−98%. Для интенсификации уплотнения осадка применяют его медленное перемешивание в уплотнителях и предварительную обработку флокулянтом. Целесообразно использовать сочетание извести с флокулянтами анионного типа. Известь используется в видя 10% известкового молока, флокулянт в виде 0,1−0,2% раствора. Сначала в осадок вводится известь, а затем раствор флокулянта.

В отечественной практике часто применяются камерные фильтр− прессы типа ФПАКМ. Влажность обезвоженного осадка после обработки составляет 60−75%.

При использовании ленточных фильтр− прессов не требуются насосы высокого давления, режим работы этих аппаратов в отличие от камерных непрерывный. Влажность обезвоженного на ленточном фильтр− прессе осадка выше, чем на камерном и зависит от качества осадка, дозы извести и составляет 70−85%.

Вакуум –фильтры имеют ограниченную применимость для обработки гидроокисных осадков природных вод. Влажность осадка составляет ≥80%. Область применения вакуум− фильтров ограничивается осадками, которые образуются при водоподготовке с подщелачиванием известью и коагуляцией железосодержащими реагентами при известковом умягчении воды.

Центрифугирование осадков, содержащих гидроксид алюминия, не применяется из−за малой эффективности и необходимости сложной и дорогостоящей предварительной его подготовки.

Основным недостатком метода механического обезвоживания гидроокисных осадков являются большие расходы реагентов и энергоемкость.