Методи обробки осадів стічних вод, що застосовуються споруди, ущільнення опадів, стабілізація

Методи обробки осадів стічних вод, що застосовуються споруди

Основне завдання обробки осадів стічних вод полягає в отриманні кінцевого продукту, властивості якого забезпечують можливість його утилізації в інтересах народного господарства або зводять до мінімуму шкоду, нанесену довкіллю. Технологічні схеми, які застосовуються для реалізації цього завдання, відрізняються великим різноманіттям.

Технологічні процеси обробки осадів стічних вод на всіх очисних станціях механічної, фізико-хімічної і біологічної очистки можна розділити на наступні основні стадії: ущільнення (згущення), стабілізація органічної частини, кондиціювання, зневоднення, термічна обробка, утилізація цінних продуктів або ліквідація опадів (схема 2 ) [3].

Малюнок 5 - Стадії і методи обробки осаду стічних вод

ущільнення опадів

Ущільнення опадів пов'язано з видаленням вільної вологи і є необхідною стадією всіх технологічних схем обробки осадів. При ущільненні в середньому видаляється 60% вологи і маса осаду скорочується в 2,5 рази.

Для ущільнення використовують гравітаційний, фільтраційний, відцентровий і вібраційний способи. Гравітаційний спосіб ущільнення є найбільш поширеним. Він заснований на осіданні частинок дисперсної фази. Як мулоущільнювачів використовують вертикальні або радіальні відстійники.

Ущільнення активного мулу, на відміну від ущільнення сирого осаду, супроводжується зміною властивостей мулу. Активний мул як колоїдна система має високу структуроутворюючої здатністю, внаслідок чого його ущільнення призводять до переходу частини вільної води в зв'язаний стан, а збільшення вмісту зв'язаної води в мулі призводить до погіршення водоотдачи.

Застосовуючи спеціальні методи обробки, наприклад обробку хімічними реагентами, можна домогтися переведення частини зв'язаної води у вільний стан. Однак значну частину зв'язаної води можна видалити лише в процесі випаровування.

стабілізація осаду

анаеробна стабілізація

Основним методом знешкодження осадів міських стічних вод є анаеробне зброджування. Бродіння називається метановим, так як в результаті розпаду органічних речовин опадів в якості одного з основних продуктів утворюється метан.

В основі біохімічного процесу метанового бродіння лежить здатність спільнот мікроорганізмів в ході своєї життєдіяльності окисляти органічні речовини осадів стічних вод.

Промислове метанове бродіння здійснюється широким спектром бактеріальних культур. Теоретично розглядають бродіння опадів, що складається з двох фаз: кислої і лужної.

У першій фазі кислого або водневого бродіння складні органічні речовини осаду і мулу під дією позаклітинних бактеріальних ферментів спочатку гідролізуються до простіших: білки - до пептидів і амінокислот, жири - до гліцерину і жирних кислот, вуглеводи - до простих цукрів. Подальші перетворення цих речовин в клітинах бактерій призводять до утворення кінцевих продуктів першої фази, головним чином органічних кислот. Більше 90% утворюються кислот складають масляна, пропіонова і оцтова. Утворюються й інші відносно прості органічні речовини (альдегіди, спирти) і неорганічні (аміак, сірководень, діоксид вуглецю, водень).

Кислу фазу бродіння здійснюють звичайні сапрофіти: факультативні анаероби типу молочнокислих, пропіоновокислих бактерій і суворі (облігатні) анаероби типу маслянокисле, Ацетонобутилове, целюлозних бактерій. Більшість видів бактерій, відповідальних за першу фазу бродіння, відноситься до спороутворюючих формам. У другій фазі лужного або метанового бродіння з кінцевих продуктів першої фази утворюються метан і вугільна кислота в результаті життєдіяльності метаноутворюючих бактерій - не спороносних облігатних анаеробів, дуже чутливих до умов навколишнього середовища.

Метан утворюється в результаті відновлення СО2 або метильної групи оцтової кислоти:

де АН2 - органічна речовина, що служить для метаноутворюючих бактерій донором водню; зазвичай це жирні кислоти (крім оцтової) і спирти (крім метилового).

Багато видів метаноутворюючих бактерій окислюють молекулярний водень, що утворюється в кислому фазі Тоді реакція метаноутворення має вигляд:

Мікроорганізми, що використовують оцтову кислоту і метиловий спирт, здійснюють реакції:

Всі перераховані реакції є джерелами енергії для метаноутворюючих бактерій, і кожна з них являє собою серію послідовних ферментативних перетворень вихідної речовини. В даний час встановлено, що в процесі метаноутворення бере участь вітамін В12. якому приписують основну роль в перенесенні водню в енергетичних окисно-відновних реакціях у метаноутворюючих бактерій.

Вважається, що швидкості перетворення речовин в кислому і метанової фазах однакові, тому при стійкому процесі бродіння не відбуваються накопичення кислот - продуктів першої фази.

Процес зброджування характеризується складом і обсягом газу, що виділяється, якістю мулової води, хімічним складом збродженого осаду.

Утворений газ складається в основному з метану і діоксиду вуглецю. При нормальному (лужному) бродіння водень як продукт першої фази може залишатися в газі в обсязі не більше 1 - 2%, так як використовується метаноутворюючих бактеріями в окисно-відновних реакціях енергетичного обміну.

Виділився при розпаді білка сірководень Н2 S практично не потрапляє в газ, так як в присутності аміаку легко зв'язується з наявними іонами заліза в колоїдний сульфід заліза.

Кінцевий продукт аммонификации білкових речовин - аміак - зв'язується з вуглекислотою в карбонати і гідрокарбонати, які зумовлюють високу лужність мулової води.

Залежно від хімічного складу опадів при зброджуванні виділяється від 5 до 15 м 3 газу на 1 м 3 осаду.

Швидкість процесу бродіння залежать від температури. Так, при температурі осаду 25 - 27 ° С процес триває 25 - 30 днів; при 10 ° С тривалість його збільшується до 4 місяців і більше. Для прискорення зброджування і зменшення обсягу необхідних для цього споруд застосовують штучний підігрів осаду до температури 30 -35 ° С або 50 - 55 ° С.

Кислотоутворюючі бактерії, відповідальні за першу фазу бродіння, більш витривалі до всякого роду несприятливих умов, в тому числі і до перевантажень. Опади, що надходять на зброджування, в значній мірі засіяні ними. Швидко розмножуючись, кислотообразующие бактерії збільшують асиміляційну здатність бактеріальної маси і таким чином пристосовуються до зрослим навантаженням. Швидкість першої фази при цьому зростає, в середовищі з'являється велика кількість жирних кислот.

Велике значення для нормального зброджування осаду має склад стічних вод, зокрема наявність в них таких речовин, які пригнічують або паралізують життєдіяльність мікроорганізмів, які здійснюють процес зброджування осаду. Тому питання про можливість спільної очищення виробничих я побутових стічних вод слід вирішувати в кожному окремому випадку в залежності від їх характеру і фізико-хімічного складу.

При змішуванні побутових стічних вод з виробничими необхідно, щоб суміш стічних вод мала рН = 7 - 8 і температуру не нижче 6 ° С і не вище

Для обробки і зброджування сирого осаду застосовують три види споруд: 1) септики (септіктенкі); 2) двоярусні відстійники; 3) метантенки.

У септиках одночасно відбувається освітлення води і перегнивання випав з неї осаду. Септики в даний час застосовують на станціях невеликої пропускної спроможності.

У двоярусних відстійниках отстойная частина відділена від гнильної (септичній) камери, розташованої в нижній частині. Розвитком конструкції двох'ярусного відстійника є освітлювач-перегніватель.

Для обробки осаду в даний час найбільш широко використовують метантенки, службовці тільки для зброджування осаду при штучному підігріві і перемішуванні.

Зброджених осад має високу вологість (95 - 98%), що ускладнює застосування його в сільському господарстві для добрива (через труднощі переміщення звичайними транспортними засобами без пристрою напірних розвідних мереж). Вологість є основним чинником, що визначає обсяг осаду. Тому основним завданням обробки осаду є зменшення його обсягу за рахунок відділення води і отримання транспортабельного продукту.