Методическое пособие 437

9. Утилизация осадков бытовых сточных вод

Осадки, выделяемые при очистке сточных вод городов и населенных мест с малой долей неочищенных производственных стоков, по химическому составу относятся к ценным органоминеральным смесям.

Содержание биогенных веществ в осадках сточных вод, % массы сухого вещества, представлены в табл. 28.

Наряду с применением осадков в агротехнике перспективно использование их для получения кормовых добавок и препаратов для питания сельскохозяйственных животных, птиц, рыб и зверей ценных пород.

Активный ил содержит сырой протеин (34,2-37,2 % массы сухого вещества), жироподобные вещества (10-14,7 %), витамин В12, аминокислоты и другие ценные компоненты.

10.Особенности обработки осадков сточных вод

при сбросе в городскую канализацию водопроводных осадков

10.1. Сброс осадков водопроводных станций в городскую канализацию

Сброс водопроводного осадка включает: мероприятия по усреднению водопроводного осадка на водопроводных станциях, проверку пропускной способности канализационных сетей, проверочные расчеты сооружений и систем канализационных очистных сооружений.

Для усреднения сброса водопроводного осадка в городскую канализацию на водопроводных очистных сооружениях следует предусмотреть непрерывное удаление осадка из отстойников в резервуар-усреднитель для равномерного сброса осадка в течение суток на канализационные очистные сооружения. Емкость резервуара-усреднителя рассчитывается в каждом конкретном случае в зависимости от сезонного режима образования водопроводного осадка.

51

Осадок водопроводных станций может транспортироваться автотранспортом, по самостоятельному трубопроводу или по канализационным сетям на очистные сооружения канализации. Канализационные сети должны быть рассчитаны с учетом транспортирования по ним водопроводного осадка. На основании экспериментальных исследований установлено, что при прохождении водопроводного осадка по канализационным сетям не происходит его осаждение в трубопроводах, если скорость движения сточных вод в них равна или выше самоочищающей.

Следует отметить, что сбросы водопроводных станций в отличие от канализационных стоков сильно минерализованы и сброс их на канализационные очистные сооружения может отрицательно сказаться на биологической очистке сточных вод.

10.2. Проверочные расчеты сооружений и систем канализации

Добавление водопроводного осадка с дозой до 100 мг/л не требует изменений или дополнений в схеме механической и биологической очистки сточных вод для следующих сооружений: приемной камеры, решетки, песколовки, первичных и вторичных отстойников, контактных резервуаров.

Проверочному расчету подлежат: аэротенки; уплотнители избыточного активного ила; метантенки; иловые площадки или комплекс сооружений по механическому обезвоживанию и термической сушке осадка; системы транспортирования сырого осадка первичных отстойников (трубопроводы, насосные станции); системы транспортирования активного ила (трубопроводы, насосные станции); системы транспортирования сброженного осадка на иловые карты (трубопроводы, насосные станции); системы трубопроводов и насосных станций комплекса сооружений по механическому обезвоживанию и термической сушке осадка.

При сбросе осадка водопроводных станций в городскую канализацию за величину дозы водопроводного осадка (Дво, г/м3, мг/л) принимается отношение количества сбрасываемого водопроводного осадка, г/сут (по сухой массе) к производительности канализационных очистных сооружений, м3/сут.

10.2.1. Аэротенки

Период аэрации taim, ч, в аэротенках, прирост активного ила Pi, мг/л, удельный расход воздуха qair, м3/м3, определяются по формулам:

52

где К - коэффициент снижения БПК в первичных отстойниках принимается для высоко цветных мало мутных вод (Ц = 60°, ±10 %; М = 4 мг/л, ±10%) - 0,29*; для мало цветных средней мутности вод (Ц = 16°, ±10%; М = 12 мг/л, ±10%) - 0,043*; Дво - доза водопроводного осадка, мг/л; 0,2 - количество водопроводного осадка, выносимого из первичных отстойников (доли единицы); Len и Lвx БПК поступающей в аэротенк воды и выходящей; ai доза ила в аэротенке; S - зольность ила; р - удельная скорость окисления: Ccdp концен-трация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л; Kf - коэффициент приростадля городских и близких к ним по составу производ-ственных сточных вод Kf = 0,3. При очистке сточных вод в окситенках величина Kf снижается до 0,25; К3 -коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0.85; для других видов сточных вод определяется экспериментальным путем: qo - удельный расход кислорода, мг на 1 мг снятой БПКполн , прини-

маемый при очистке до БПКполн = 15-20 мг/л равным 1,1, а для БПКполн > 20 мг/л - 0,9; К1 - коэффициент, учитывающий тип аэратора, т.е. размер пузырьков

воздуха, образующихся при выходе из аэратора; K2- коэф-фициент, зависящий от глубины погружения аэратора;Кm - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод и принимаемый равным 1 при tw = 20°С. Для температуры воды, отличной от 20°С, Кm = 1 +0,02 (tw-20); К3 -коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0.85; для других видов сточных вод определяется экспериментальным путем. Дво - доза водопроводного осадка, мг/л; 0,2 - количество водопроводного осадка, выносимого из первичных отстойников (доли единицы).

* Во всех остальных случаях коэффициент снижения БПК в первичных отстойниках определяется экспериментально.

10.2.2. Уплотнители избыточного ила

20 % добавляемого водопроводного осадка (по сухой массе) переходит в активный ил аэротенков, соответственно этому распределению увеличивается количество активного ила, направляемого в илоуплотнители. Расчет илоуплотнителей следует проводить в соответствии с [14].

10.2.3.Метантенки

Впроцессе очистки сточных вод 80 % сухой массы водопроводного осадка трансформируется в сырой осадок первичных отстойников и 20 % в избыточный активный ил аэротенков без изменения их влажности. При этом зольность сырого осадка возрастает пропорционально дозе и зольности водопроводного осадка, зольность активного ила практически не меняется. При таком распределении осадков расчет метантенков проводится в соответствии с [14]

53

для условий термофильного процесса. При увеличении объема метантенков на величину добавляемой дозы водопроводного осадка процент распада беззольного вещества и выход газа (м3/кг) загруженного беззольного вещества практически не изменяется.

При совместной обработке осадков в метантенках щелочная среда, необходимая для процесса термофильного сбраживания, не нарушается, удельное сопротивление (производительность вакуум-фильтров) сброженных осадков не изменяется.

10.2.4. Иловые площадки или комплекс сооружений по механическому обезвоживанию и термической сушке осадков

Расчет площади иловых карт проводится в соответствии с [14]. Добавление водопроводного осадка не требует изменений или дополне-

ний в схеме комплекса сооружений по механическому обезвоживанию и термической сушке осадков. Проверочному расчету подлежат следующие сооружения: камера промывки уплотненного сброженного осадка, уплотнители промытого сброженного осадка, вакуум-фильтры, фильтр-прессы или центрифуги, реагентное хозяйство, сооружения по термической сушке осадков.

Объем камеры промывки уплотненного сброженного осадка и уплотнителей промытого осадка рассчитывается в соответствии с [14] с учетом увеличения количества сброженного осадка.

Количество реагентов, фильтр-прессов, вакуум-фильтров, центрифуг и сушилок, рассчитывается согласно [14] с учетом сухой массы добавленного водопроводного осадка.

Расчет трубопроводов сырого осадка, избыточного активного ила, сброженного осадка и насосных станций перекачки производится с учетом добавления водопроводного осадка.

Водопроводные осадки, образующиеся при коагулировании сернокислым алюминием высокоцветных маломутных вод (Ц = 60°, ±10 %; М = 4 мг/л, ±10 %), могут быть использованы в качестве реагентов для удаления из сточных вод соединений фосфора. Для достижения 90 % - го эффекта удаления (при начальной концентрации фосфатов РО34− , равной 6,5 мг/л) доза водопроводного осадка должна быть не менее 100 мг/л по сухой массе на один литр сточной воды. Во всех остальных случаях эффект удаления фосфатов из сточных вод определяется экспериментально.

11. Графическое изображение сооружений обработки осадков на генплане очистных сооружений

Габариты очистных сооружений определяются расчетом в соответствии с их производительностью, определяемой заданием. К объектам обработки осад-

54

ков относятся песковые и иловые площадки, илоуплотнители. Они размещаются на генплане в соответствии с их габаритами. Все сооружения механического обезвоживания размещаются в здании, габариты которого зависят от производительности очистных сооружений и могут быть приняты в соответствии с табл. 29.

Таблица 29 Рекомендуемая площадь здания цеха механического обезвоживания

Тепловое обеспечение цеха механического обезвоживания осуществляют котельные, основные параметры которых приводятся в табл. 30.

Таблица 30 Основные параметры и геометрические размеры котельных

Размеры административно-бытового и лабораторного корпуса:

•для производительности станции Q=10…100 тыс. м3/сут в плане 42х12 м

•для производительности станции Q>100 тыс. м3/сут. 48х12 м в плане.

55

В состав помещений входят: химическая лаборатория, бактериологическая лаборатория, весовая, моечная, буфет, кладовая, конторские (комнаты дежурного персонала, административные) и бытовые помещения – гардеробные, душевые, умывальные, туалетные, стирки и сушки одежды. Основное оборудование: лабораторное, вытяжные шкафы, центробежные вентиляторы, а также оборудование для буфета (кипятильник, электроплита, умывальник).

12. Обработка, обезвоживание и утилизация осадков водопроводных станций

12.1. Виды и качество стоков станций очистки природных вод

Технологические схемы очистки природных вод включают осветление, обезжелезивание и реагентное умягчение. Сбросы станций очистки природных вод представляют собой сложные органоминеральные системы, различные по своему составу и свойствам. Эти системы образованы продуктами гидролиза коагулянта и основных загрязнений природных вод.

Технологические сбросы водопроводных очистных сооружений (ВОС) представляют собой осадки от продувки горизонтальных и вертикальных отстойников и осветлителей со взвешенным слоем осадка в двухступенчатых схемах очистки; осадки отстойников промывных вод фильтров и контактных осветлителей в одноступенчатых схемах очистки; осадки станций безреагентного обезжелезивания и сбросы из сооружений реагентного хозяйства.

Качество сбросов ВОС зависит от качества природных вод, подаваемых на очистку, применяемых реагентов и технологии водоподготовки.

Анализ данных эксплуатации ВОС показал, что сбросы от сооружений очистки воды с применением коагулянтов характеризуются следующими усреднёнными показателями: содержание взвешенных веществ - 800–8000 мг/л; БПК – (30÷80) мг/л; ХПК5 – (50÷1500) мг/л; гидравлическая крупность - более 0,35 мм/с. Для промывных вод скорых фильтров и контактных осветлителей содержание взвешенных веществ составляет (400÷2000) мг/л, БПК5 – (3 ÷ 10)мг/л, ХПК – (10÷25) мг/л.

Бактериологический состав технологических стоков водопроводных станций при применении предварительного хлорирования воды обычно таков, что их дополнительное обеззараживание не требуется.

12.2. Способы обработки технологических сбросов водопроводных станций

В практике водоподготовки известны случаи сброса промывных вод и осадков в прилегающие поверхностные водоемы. При этом наблюдаются случаи ухудшения качества исходной воды и возможно нарушение работы ВОС. Учитывая большие объемы сточных вод (5 – 10 %) и осадков (1 – 3 %) от полезной производительности водопроводных станций, становится очевидным

56

Рис. 22. Технологическая схема очистки природной воды с одноступенчатой водоподготовкой

На рис. 22 приведены следующие обозначения: - движение основного потока воды по сооружениям очистки;

-подача воды на промывку фильтра или контактного осветлителя;

•- сброс промывной воды в отстойник промывных вод;

х- возврат отстоянной промывной воды в головной узел ВОС;

-- -- -- - осадок на обезвоживание;

о- опорожнение смесителя

12.3. Естественные методы обработки осадков

Образующиеся на водопроводных станциях концентрированные сильно влажные осадки из отстойников и осветлителей со взвешенным осадком, из промывных вод фильтров и контактных осветлителей и осадков из растворных баков с реагентами должны подвергаться различным видам их обработки. При этом необходимо учитывать высокое содержание в них оксида алюминия и значительного количества высокомолекулярных органических веществ от использования флокулянтов. Одним из методов обработки этих осадков в отечественной практике является их естественная сушка в прудах–накопителях. Расчетный период подачи осадка в накопитель следует принимать не менее пяти лет. В качестве прудов–накопителей используют естественные овраги, отработавшие карьеры или обвалованные грунтом спланированные площадки на естественном основании глубиной не менее 2 м. Расчет накопителя осуществляется по [11, прил. 9, п. 17]. Для уменьшения объема сбрасываемого осадка практикуется его гравитационное уплотнение. При этом применяются сгустители с медленным перемешиванием при среднегодовой мутности исходной воды до 300 мг/л. Объем сгустителя Wсг , м3, следует определять по формуле

58

где Кр.о. – коэффициент разбавления осадка при выпуске из сооружений подготовки воды (при гидравлическом удалении осадка Кр.о. = 1,5; при механическом

удалении Кр.о. = 1.2; при напорном смыве Кр.о. = 2 – 3.

Wос.ч. – объем осадочной части сооружения подготовки воды, м3.

Следует отметить, что пруды–накопители не дают окончательного решения для эффективного обезвоживания водопроводного осадка, так как на поверхности пруда образуется твердая корка, под которой осадок в тиксотропном состоянии находится многие годы. Особенно это относится к осадкам, образующимся при очистке маломутных, высокоцветных вод. Этот метод экологически не оправдан, хотя имеет низкие капитальные и эксплуатационные затраты при наличии вблизи водопроводных станций свободных земельных участков, и может служить как временное сооружение для удаления осадка.

Обезвоживание осадка в естественных условиях может осуществляться на специально созданных картах (площадках) замораживания и подсушки.

Площадки замораживания для обезвоживания осадка следует предусматривать в районах с периодом устойчивого мороза не менее двух месяцев в году с последующим вывозом осадка через 1 – 3 года в места складирования. Общую полезную площадь площадок замораживания Fпл.з., м2, следует определять по формуле

где Fв, Fл-о., Fз. – площади площадок, м2, определяются по зеркалу осадка при заполнении площадок на половину глубины соответственно для весеннего, лет- не–осеннего и зимнего напуска осадка.

Все значения вышеуказанных величин определяются для фактических условий по [11, прил. 9, п. 22].

В южных районах, где в период устойчивого дефицита влажности величина дефицита составляет 800 мм и более, обезвоживание осадка допускается предусматривать на площадках подсушивания путем уплотнения его под действием силы собственной массы, высушивание на открытом воздухе с последующим вывозом осадка через 1 – 3 года в места складирования. Общая полезная площадь площадок подсушивания осадка определяется по формуле

где Fз-в. и Fл – площади площадок подсушивания соответственно для зимневесеннего и летнего напуска осадка, м2.

Все расчеты для конкретных условий выполняются по [11, прил. 9, п. 22]. Использование площадок для обезвоживания водопроводного осадка является наиболее распространенным методом в районах с достаточным количеством свободных земельных площадей. Обезвоживание осадка на площадках

59

замораживания и подсушки осуществляется путем испарения влаги и ее фильтрации. Опыт обезвоживания осадков на площадках показал низкую эффективность их работы из–за зависимости от состава водопроводного осадка, погодных факторов и изменения режима грунтовых вод на прилегающих территориях. Площадки замораживания и подсушки осадка занимают значительные земельные участки, как правило, в непосредственной близости к городским территориям, на которых они выдерживаются длительное время (2 – 4года). При этом органическая часть осадков загнивает, в результате чего образуются неприятные запахи, на площадках развивается растительность и размножаются многочисленные виды насекомых.

Во всех случаях указанные методы обработки осадков приводят к загрязнению подземных и поверхностных вод.

Таким образом, очевидна необходимость перехода к более современным методам обезвоживания водопроводных осадков – их кондиционированию (разрушению коллоидных связей) с последующим механическим обезвоживанием.

12.4.Искусственные методы обработки осадков

Кискусственным методам обработки и утилизации водопроводных осадков относятся механическое обезвоживание на вакуум–фильтрах, фильтр– прессах и центрифугах, кислотная обработка, термообработка (замораживание), сброс в городскую канализацию и совместная обработка с осадками канализационных станций. Водопроводные осадки в сравнении с осадками сточных вод значительно труднее поддаются обезвоживанию. При этом требуется большое количество реагентов и снижается производительность аппаратов по механическому обезвоживанию. Водоотдающие свойства водопроводных осадков в сильной степени зависят от качества воды в природных источниках.

Вакуум–фильтрование применяют для обработки водопроводных осадков станций известкового умягчения воды, имеющих специфические свойства осадков и дающих значительный эффект обезвоживания осадков вакуум– фильтрованием.

Обезвоживание вакуум–фильтрованием осадков, содержащих оксид алюминия даже после обработки их кислотой с последующим уплотнением извест-

кованием позволяет получить кек с содержанием твердых веществ до 40 %. Основными задачами при проектировании вакуум–фильтров являются расчет требуемой поверхности фильтрования, подбор по каталогам стандартного фильтра и определение числа вакуум–фильтров, обеспечивающих заданную производительность.

Требуемую общую поверхность фильтрования находят по выражению