Аеробна стабілізація осаду

В результаті первинного і вторинного освітлення стічних вод утворюються опади. Осад в первинних відстійниках називається «сирої осад», у вторинних - «активний мул» або «біоплівка», в залежності від виду біоокіслітеля: аеротенк або біологічний фільтр відповідно.

Сирий осад має вологість 94-96%, зольність 30-35%; на 65-70% осад складається з органічних сполук. Осад первинних відстійників неоднорідний за фракційним складом: 50-88% складають частки розміром менше 1 мм, але зустрічаються і частки розміром більше 7 мм - таких в осаді 5-20%. Мікроорганізмів в сирому осаді майже немає.

Активний мул має вологість 99,2-99,6%, вологість біоплівки - 96%. Зольність осаду вторинних відстійників становить 30-35%. Активний мул і біоплівка досить однорідні за фракційним складом: частинки розміром менше 1 мм складають 98%. Активний мул являє собою біоценоз мікроорганізмів і найпростіших.

Основними компонентами органічної частини опадів є білково, жиро, углеводоподобние речовини. У сирому осаді переважають жири і вуглеводи, в активному мулі - білки. Активний мул і сирої осад заражені яйцями гельмінтів (личинками глистів) і патогенними мікроорганізмами. Опади мають здатність загнивати, вони небезпечні в санітарному відношенні, і тому їх необхідно знешкоджувати. Технологічно зручно опади з первинних і вторинних відстійників обробляти спільно; суміш сирого осаду і надлишкового мулу визначається загальним терміном «осад».

При проектуванні слід пам'ятати, що з вторинних відстійників на знешкодження направляється тільки надлишкова частина мулу; основну частину осаду вторинних відстійників становить циркуляційний активний мул, він повертається в аеротенк в якості робочої мікрофауни.

Стадії обробки осаду.

У загальному випадку схема обробки осаду включає в себе наступні стадії: 1) стабілізація: аеробне або анаеробна, 2) ущільнення, 3) знезаражування: дегельмінтизація (знищення яєць гельмінтів, або личинок глистів) і знищення патогенних мікроорганізмів, 4) зневоднення з попередньою обробкою флокулянтами , 6) сушка або компостування, 7) утилізація або спалювання. Послідовність процесів може бути інший, деякі стадії можуть бути відсутні.

Основний стадією в схемі обробки осаду є стабілізація. Це біохімічне розщеплення органічної речовини осаду, його мінералізація. В результаті стабілізації осад втрачає здатність до загнивання і стає нешкідливим. Стабілізація може здійснюватися в аеробних або анаеробних умовах.

Анаеробна стабілізація осаду

Анаеробна стабілізація інакше називається бродінням. Процес відбувається під дією анаеробних мікроорганізмів без доступу кисню повітря. Анаеробні мікроорганізми «відбирають» хімічно пов'язаний водень з органічних сполук. В результаті в з'єднанні створюється надлишок кисню, тобто з'єднання переходить в окислених форму. Цей процес прийнято називати метановим бродінням, тому що основним його продуктом є газ метан. В процесі бродіння виділяють 2 фази:

1 - кисла. На цій стадії складні органічні речовини гідролізуються до простіших - органічних кислот. В результаті активна реакція речовини осаду рН знижується до 5-6. Із загальної кількості кислот 93% складають оцтова, масляна і пропіонова кислоти;

2 - лужна. У другій фазі з кислот - продуктів першої фази утворюються метан СН4 і вуглекислота Н2 СО3. При цьому рН осаду підвищується до 7-8.

Процес зброджування характеризується хімічним складом і обсягом газу, що виділяється, а також якістю мулової води. Якщо осад розпався на 40%, він вважається глибоко мінералізована. Швидкість анаеробної стабілізації залежить від температури. При t 0 = 15 0 C тривалість зброджування осаду становить від 60 до 120 діб. Для прискорення бродіння застосовують штучний підігрів осаду до 35 0 або 55 0. тоді тривалість процесу скорочується до 1-2 тижнів.

Для анаеробної обробки осаду застосовуються споруди: метантенки, двоярусні відстійники, освітлювачі-перегнівателі, септики. У всіх цих спорудах, крім метантенков, зброджування відбувається при температурі навколишнього середовища, без підігріву; в цих спорудах протікають два процеси: 1) механічна очистка стічних вод від нерозчинених органічних зважених речовин (як в первинних відстійниках), 2) зброджування осаду з його одночасним ущільненням. Тобто, споруди мають відстійну і септичну частина. Конструктивно споруди встановлюють перед спорудами біологічної очистки (замість первинних відстійників).

Двоярусні відстійники, освітлювачі-перегнівателі, септики в нові проекти поки не закладаються, хоча в СП згадуються. Тільки септики іноді застосовуються в індивідуальних системах каналізації. Це пояснюється, очевидно, низькою їх ефективністю. Тому в лекціях я не можу приділяти цим спорудам багато часу; якщо буде у вас необхідність з ними розібратися, розберетеся самостійно.

З усіх анаеробних стабілізаторів найбільший інтерес проектувальників викликають метатенка. І в СП їм приділяється значна увага. Метантенки працюють зі штучним підігрівом, і вони призначені тільки для зброджування осаду. Метантенки з техніко-економічної точки зору доцільні на станціях продуктивністю понад 10000 м 3 / сут. Зазвичай метантенк являє собою круглу в плані ємність, наполовину заглиблені і наполовину обсипану (для дотримання балансу земляних робіт). Діаметри і глибини типових метантенків складають 10-20 м.

В процесі бродіння осаду в метантенке утворюється газ наступного складу: СН4 = 60-67%; СО2 = 30-33%; Н2 = 1-2%; N2 = 0,5%. Кількість газу, що виділяється становить 0,9 л на 1 г розпався беззольного речовини осаду. Газ відводиться з споруди газовою мережею і спалюється в котельні. Тепло від спалювання використовується для підігріву метантенка і на інші потреби очисної станції. Теплотворна здатність газу - 5500 ккал / м 3.

Розрізняють два температурні режими зброджування осаду в метантенке:

1) мезофільні. У спорудженні підтримується температура t 0 = 30-35 0 C. Стабілізація осаду при цьому досягається за 15-25 діб;

2) термофільний. Зброджування здійснюється при температурі t 0 = 50-55 0 C. Тривалість стабілізації становить 7-10 днів.

Кожен режим має свої переваги і недоліки. При термофільному досягається більш висока швидкість розпаду органічної речовини осаду, що дозволяє зменшити обсяг споруди. Крім цього, досягається повна дегельмінтизація осаду, в той час як в мезофільних умовах гине тільки 50-80% яєць гельмінтів. З іншого боку, осад, зброджених в термофільних умовах, потім важче зневоднюється, тому що має однорідну, колоїдну структуру. Для підтримки термофільних умов необхідний додатковий підведення тепла в спорудження; при мезофільному - досить теплоти, одержуваної при спалюванні газу бродіння.

Газ надходить з метантенка в мережу нерівномірно. Для вирівнювання тиску в мережі використовують акумулюють газгольдери. Мокрий газгольдер складається з резервуара з водою і дзвони над ним. Дзвін може пересуватися вертикально на роликах по напрямних. Вага дзвони врівноважується протитиском газу під ним. Тому змінюється тільки обсяг газу під дзвоном, а тиск там і у всій мережі зберігається постійним. Газгольдери розраховуються на 2-х або 4-х годинний приплив газу і на тиск Р = 1,5-2,5 кПа (кілопаскалях).

Кількість метантенков і газгольдерів приймається не менше 2-х, всі споруди є робочими. Споруди вибухонебезпечні, тому їх розміщують на відстані не менше 40 м від будівель та огороджують.

Аеробна стабілізація осаду

Проте, поки що практично у всіх нових проектах передбачається аеробне стабілізація осаду.

На аеробну стабілізацію направляють суміш сирого осаду і надлишкового мулу. Аеробна стабілізація - процес біохімічного окислення органічної речовини осаду і клітин мулу. Аеробна стабілізація, по суті, є продовженням процесу біохімічної очистки. Аеробні мікроорганізми використовують вільний розчинений кисень для окислення органічної речовини осаду, переводять кисень в хімічно пов'язане стан, а органічні сполуки в окислених форму. Крім цього, в умовах нестачі харчування відбувається процес самоокисления мулу ( «поїдання» мікроорганізмами один одного). В результаті аеробного стабілізації осад втрачає здатність загнивати і стає нешкідливим. За зовнішнім виглядом аеробний стабілізатор нагадує аеротенк: це відкритий резервуар, де осад інтенсивно насичується повітрям. Повітря може подаватися через пневматичні аератори від повітродувок. Але частіше для диспергування повітря зазвичай застосовують механічні аератори, тому що пневматичні дуже швидко засмічуються осадом. Тривалість стабілізації осаду становить кілька днів (приблизно 1 тиждень).

Розрахунок аеробного стабілізатора полягає у визначенні обсягу споруди Was (м 3) і витрати повітря на аерацію осаду Qair (м 3 / год).

де: Vсм - кількість стабилизируемого осаду за об'ємом фактичної вологості, м 3 / добу; tas - тривалість аеробного стабілізації осаду. За СНиП [1]: для суміші сирого осаду і неущільненого мулу tas = 6-7 діб.

qair - питома витрата повітря для аеробного стабілізації приймається, по СНиП [1], від 1 до 2 м 3 / год повітря на кожен кубічний метр ємності стабілізатора (qair = 1-2 м 3 / год * м 3) в залежності від вологості стабилизируемого осаду.

В аеробному режимі досягається більш глибокий розпад органічної речовини осаду, ніж при анаеробному. Осад, стабілізований в аеробних умовах, потім краще зневоднюється. У той же час, аеробне стабілізація осаду пов'язана з великими витратами електроенергії і, отже, вона дорожча анаеробної по експлуатаційних витрат. І тим не менше, саме метод аеробного стабілізації в даний час набув найбільшого поширення.

Гравітаційний ущільнювач є спорудою типу «відстійник». Конструктивно він може розташовуватися окремо або в блоці з аеробних стабілізатором. В результаті ущільнення на дні споруди накопичується осад меншою вологості, ніж вихідний, а на поверхні - иловая вода. Її збирають і направляють на обробку в аеротенк. Вологість ущільненого осаду Р становить 96,5-98,5%. Ущільнення осаду здійснюють для зменшення його обсягу: менші обсяги осаду легше потім зневоднювати. У процесі ущільнення при зменшенні вологості осаду на 1,5-2,5% його обсяг зменшується в 2,5-3,5 рази:

У формулі: Vісх і Vу - обсяг осаду до і після ущільнення відповідно, Рісх і Ру - вологість вихідного і ущільненого осаду.

Розрахунок ілоуплотнітелі полягає у визначенні його розмірів, а також кількості ущільненого осаду і мулу води.

Тривалість перебування осаду в мулоущільнювачі не повинна перевищувати 3 годин, це особливо стосується схем з біологічним видаленням фосфору.