5.2.3. Кондиционирование осадков

Осадки, образующиеся на очистных сооружениях, как правило, характеризуются весьма низкими коэффициентами водоотдачи. Для глубокого и быстрого их обезвоживания необходимо изменить структуру осадков таким образом, чтобы увеличить содержание свободной влаги за счет уменьшения доли связанной, например, при укрупнении частиц.

Процессы подготовки осадков к обезвоживанию называют кондиционированием.

Промывка – первая стадия подготовки осадка к обезвоживанию. Промывка применяется только для сброженных осадков, при этом из них удаляются коллоидные частицы и мелкая взвесь. Промывку производят очищенной сточной водой из расчета 2 м³ воды на 1 м³ промываемого осадка. Вода отделяется в илоуплотнителе и направляется в сооружение для очистки воды.

Реагентные методы предполагают использование коагулянтов и флокулянтов для агрегации коллоидных и мелких нерастворенных частиц осадков.

К недостаткам применения коагулянтов следует отнести их большой массовый расход, высокую коррозионную активность, внесение большого количества балластных веществ. Эти проблемы решаются при использовании флокулянтов.

В Англии, Германии, США применяется тепловая обработка осадков перед их обезвоживанием. Сущность метода заключается в прогревании осадков в реакторе в течение определенного времени при температуре 140–200С.

В процессе тепловой обработки происходит распад органических веществ, в основном белков, их растворение и переход твердой фазы осадков в жидкую. При этом изменяется структура осадков, их зольность, достигаются улучшение водоотдачи и обезвреживание осадков.

Недостатками тепловой обработки являются: сложность конструкции реактора для прогрева осадка; большие энергетические затраты; высокий уровень загрязненности иловой воды (концентрация взвешенных веществ 2000–6000 г/дм³, значение БПК от 5000 до 10 000 мг/дм³, ХПК от 10 000 до 30 000 мг/дм³). Подача такой воды в начало очистных сооружений приводит к серьезной дополнительной нагрузке.

Замораживание и оттаивание осадков сопровождается изменением их структуры, при этом связанная влага частично переходит в свободную, что приводит к улучшению водоотдачи осадков. Снижение стоимости искусственного замораживания может быть достигнуто за счет уменьшения расхода электроэнергии вследствие рекуперации теплоты, когда оттаивание осадка производится за счет теплоты, выделяемой при замораживании.

Естественное замораживание осадка лучше всего производить на иловых площадках каскадного типа на естественном основании с дренажом и поверхностным удалением талой воды. Объем осадка уменьшается при этом в 5–7 раз.

5.2.4. Обезвоживание осадков

Обезвоживание на иловых площадках. Иловые площадки предназначены для обезвоживания осадков, образующихся на станциях биологической очистки сточных вод. Это одни из первых сооружений для обработки осадков. Их достоинствами являются простота инженерного обеспечения и легкость эксплуатации. По этой причине до настоящего времени, например, в России 90% образующихся осадков обрабатывается на иловых площадках.

Иловые площадки можно разделить на две основные категории: естественного обезвоживания и сушки и интенсивного обезвоживания и сушки.

Площадки естественного обезвоживания и сушки. На таких площадках используются природные процессы испарения и декантации. Это площадки на естественном основании, они проектируются на хорошо фильтрующих грунтах при залегании грунтовых вод на глубине не менее 1,5 м и только тогда, когда допускается фильтрация иловой воды в грунт.

Подсушенный осадок сгребается бульдозерами и отвозится автомашинами, влажность подсушенного осадка 75%.

Наибольшее распространение получили иловые площадки на естественном основании каскадного типа с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды. После слива иловой воды дальнейшее обезвоживание осуществляется путем испарения с поверхности оставшейся влаги.

Существенно ускоряет естественную сушку осадка на иловых площадках процесс ворошения. При этом удаляется растительный покров, разрушается поверхностная корка, что способствует ускоренному подсыханию осадка в летнее время и более глубокому промораживанию в зимнее.

Характерная особенность площадок естественного обезвоживания – их полная зависимость от климатических условий.

Площадки интенсивного обезвоживания и сушки. К этой категории относятся площадки, на которых природные процессы видоизменены и интенсифицированы. Это могут быть площадки с искусственным дренажом, созданием вакуума в дренажной системе, искусственным водонепроницаемым покрытием, подогревом.

Дренажная система иловых площадок обычно включает:

– слой песка высотой 0,15–0,25 м;

– слой гравия высотой 0,20–0,25 м;

– дренажные трубы (керамические, пластмассовые).

Основной проблемой при эксплуатации таких площадок является кольматация дренажа. Она происходит тем быстрее, чем хуже фильтруются осадки, т. е. чем выше в них содержание мелкодисперсных и коллоидных частиц.

За рубежом иловые площадки довольно часто защищают от атмосферных осадков стеклянным покрытием. В условиях холодного и влажного климата это позволяет существенно улучшить работу площадок.

В Дунедине (США, штат Флорида) применяются асфальтированные иловые площадки с центральным дренажом и подогревом. Тепловая энергия, получаемая при сжигании биогаза, используется для нагрева воды, которая циркулирует в трубах, расположенных в заасфальтированной части площадок. Время подсушки осадка на таких площадках составляет в среднем 5 сут.

Механическое обезвоживание осадков. Основными недостатками обезвоживания осадков на иловых площадках является большая площадь занимаемых земельных участков, которых вблизи городов ощущается дефицит, и создание неблагоприятной экологической обстановки вблизи площадок.

Оптимальным методом переработки осадков на сегодняшний день является механическое обезвоживание на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах. Производительность фильтров и влажность кека при обезвоживании осадков городских сточных вод приведены в табл. 11.

Обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах. Поскольку осадки сточных вод вследствие своей структуры способны быстро заиливать фильтровальную ткань, эффективно применение барабанных вакуум-фильтров со сходящим полотном, в которых непрерывно производится регенерация фильтровальной ткани.

Для предотвращения кольматации фильтровальной ткани и получения высокого качества фильтрата используют вспомогательные вещества, которые в виде тонкого слоя намывают на фильтровальную ткань. Производительность фильтра при этом возрастает в 3–4 раза. В качестве вспомогательного вещества рекомендуются зола, перлит, диатомит и др.

Таблица 11. Производительность фильтров и влажность кека

при обезвоживании осадков городских сточных вод

Обрабатываемый осадок	Производительность, кг сухого вещества на 1 м2 поверхности фильтра в час		Влажность кека, %
	вакуум-фильтр	фильтр-пресс	вакуум-фильтр	фильтр-пресс
Сброженный осадок из первичных остойников	25–35	12–17	75–77	60–65
Аэробно стабилизированный активный ил Сброженная в мезофильных условиях смесь осадка из первичных отстойников и активного ила	20–25	10–16	78–80	62–68
Сброженная в термофильных условиях смесь осадка из первичных отстойников и активного ила	17–22	7–13	78–80	62–70
Сырой осадок из первичных отстойников	30–40	12–16	72–75	55–60
Смесь сырого осадка из первичных отстойников и уплотненного активного ила	20–30	5–12	75–80	62–75

Кроме барабанных вакуум-фильтров, используются (в основном для обезвоживания осадков производственных сточных вод) ленточные вакуум-фильтры и листовые фильтры.

Обезвоживание осадков на фильтр-прессах. Фильтр-прессы применяют для обработки сжимаемых аморфных осадков. По сравнению с вакуум-фильтрами при прочих равных условиях после обработки на фильтр-прессах получаются осадки с меньшей влажностью. Фильтр-прессы применяют в тех случаях, когда осадок после обезвоживания направляют на сушку или сжигание.

Центрифугирование осадков. Данный способ находит все более широкое распространение. Достоинствами этого метода являются простота, возможность управлять процессом и низкая влажность получаемых осадков.

Осадок из первичных отстойников разделяется в центробежном поле лучше, чем сброженная смесь осадка и ила, и значительно лучше, чем активный ил (табл. 12).

Таблица 12. Эффективность задержания сухого вещества осадка и влажность кека при обезвоживании на центрифугах, %

Обрабатываемый осадок	Эффективность задержания сухого вещества	Влажность кека
Сырой или сброженный осадок из первичных отстойников	45–55	65–75
Стабилизированная смесь осадка из первичных отстойников и активного ила: в аэробных условиях	25–40	65–67
в анаэробных условиях	25–35	70–80
Сырой активный ил при зольности, % 28–35	10–15	75–85
38–42	15–25	70–80
44–47	25–35	60–75

Центрифугирование осадков производится с применением реагентов или без них.

При центрифугировании без реагентов образующийся фугат имеет высокие значения БПК, ХПК и содержание взвешенных веществ. Его направляют на сооружения биологической очистки, что увеличивает нагрузку на них.

Применение коагулянтов не дает должного эффекта, поскольку хлопья коагулянтов разрушаются в поле действия центробежных сил.

При использовании флокулянтов катионного типа эффективность задержания сухого вещества увеличивается до 90–95%, фугат имеет невысокий уровень загрязненности. Однако применение флокулянтов сдерживается их дефицитом и стоимостью.

В табл. 13 отражены основные преимущества и недостатки механических методов обезвоживания осадков сточных вод.