4.3. Утилизация твердых отходов очистных сооружений

Несколько в стороне от схемы основных способов обезвоживания находятся сооружения, предназначенные для анаэробной и аэробной стабилизации осадков (чаще всего бытовых сточных вод) – метантенки и аэротенки-стабилизаторы. В схему не вошли такие вспомогательные приемы, как химическая или тепловая обработ­ка, предшествующие механическому обезвоживанию и проводимые в целях уменьшения удельного сопротивле­ния обрабатываемой суспензии.

Существующие способы обработки осадков сточных вод, которые сводятся к уменьшению объемов осадков и улучшению их структуры для последующего использова­ния, можно разделить на четыре основные группы: 1 группа – уплотнение; 2 группа – обезвожи­вание; 3 группа – сушка; 4 группа – сжигание.

Следует подчеркнуть, что выбранный способ обработ­ки осадков сточных вод не должен отрицательно влиять на их состав и снижать их ценность как товарного про­дукта.

Как уже отмечалось, все основные способы обработ­ки направлены на обезвоживание осадков, т. е. на умень­шение их объемов. В этом отношении уплотнение может дать наиболее ощутимый эффект. Здесь уменьшение влажности исходного ила всего лишь на несколько про­центов приводит к уменьшению первоначального объе­ма в несколько раз. Вариант более глубокого уплотнения, которого в некоторых случаях можно добиться по­следовательным применением устройств 1 группы обра­ботки, переходя после уплотнения сразу к термической сушке (минуя стадию механического обезвоживания), может оказаться с экономической и технической сторо­ны вполне оправданным.

Утилизация осадков сточных вод ведет к природоохранительным целям, а также позволяет получать в некоторых случаях ценные продукты, используемые в производстве или сельском хозяйстве. Реконструкция, например, действующих очистных станций, позволяет не только производить очистку, но и по сути создать новое производство полезных материалов. Например:

• в области сельского хозяйства: трансформация осадков в удобрения, повышение урожайности почв;

• использование активного ила как белково-витаминный корм для животных и птиц, получать полноценную кормовую смесь, состоящую из кормовых дрожжей и ак­тивного ила, получать технический витамин В₁₂ для комбикормо­вой промышленности;

• в области промышленного производства: утилизировать жировые вещества для получения тех­нического жира и консистентных смазок;

• использовать осадки сточных вод производственных предприятий в строительных и дорожных работах;

• получать белковые вещества и аминокислоты.

В зависимости от состава осадков и направления их использования применяют следующие стадии их обработки и/или утилизации.

Уплотнение осадков является начальной стадией их обработки. Широкое применение нашли гравитационный и флотационный методы. Гравитационное уплотнение производится с помощью отстойников-уплотнителей, а флотационное – в установках напорной флотации. Известны способы центробежного уплотнение осадков с применением центрифуг и циклонов, а также вибрационное уплотнение с помощью вибраторов [1].

В дальнейшем осадки подвергают стабилизации для разрушения биологической части оранических веществ, что предотвращает гниение. Эта стадия является важной, если осадок в дальнейшем планируется использовать в качестве удобрений. Стабилизация осуществляется путем длительного аэрирования в аэротенках с использованием активного ила. Стабилизация занимает несколько суток, в зависимости от температуры и объема подаваемого кислорода. Использование аэротенков позволяет обрабатывать большой объем осадка до 5000 м³/ч. Подробно о работе аэротенков указано в предыдущих главах.

Кондиционирование осадков производят при наличии в них коллоидных структур, что в свою очередь ведет к высвобождению связанной воды и снижению влажности осадка при дальнейшей обработке. Для кондиционирования как правило используют реагенты, например, хлорное железо и известь. Реагентный способ достаточно материалоемкий. Наряду с ним применяют тепловую обработку, электрокоагуляцию, в редких случаях замораживания ввиду высокой энергоемкости.

Обезвоживание осадков приводит к получению шлама с влажностью до 80 – 85%. Данное требование обусловлено необходимостью дальнейшей утилизации осадков. Широко распространенным способом является сушка на иловых площадках, однако данный метод требует огромных площадей и низкую скорость подсушивания. Для увеличения объемов переработки обезвоживанием можно осуществлять с применением вакуум – фильтрования, фильтр – прессованием, центрифугированием и вибрационным фильтрованием. Если предполагается дальнейшее сжигание осадка, в т.ч. содержащего сильно токсичные вещества, то применяют термическое обезвоживание. Сдерживающим фактором применения последнего метода является высокие энергетические затраты.

Наиболее простым и распространенным способом обезвоживания сырого и сброженного осадка является сушка его на иловых площадках. Последние представляют собой спланированные дренированные участки земли, окруженные со всех сторон земляными валиками.

Иловые площадки периодически заливаются небольшим слоем осадка, а затем происходит его подсушивание. Если на входе осадок может иметь влажность до 99%, то после обработки мы получаем уже влажность 75 – 80%. Подсушивание происходит частично за счет испарения, а частично за счет фильтрации в грунт. Объем осадка и, следовательно, его объемный вес при этом уменьшаются, что позволяет его транспортировать железнодорожным и автомобильным транспортом к месту использования, например, если он применяется в качестве удобрений (при наличии оптимальной структуры азота, фосфора, калия и других полезных веществ).

Иловые площадки устраивают на естественном или искусственном основании. Естественное основание используют в тех случаях, когда почва обладает хорошей фильтрующей способностью (песок, супесь, легкий суглинок), уровень грунтовых вод находится на глубине не менее 1,5 м от поверхности и просачивающиеся дренажные воды возможно выпускать в грунт по санитарным условиям. Если грунт плотный, слабо проницаемый, то площадки устраивают либо на искусственном основании, либо оборудуют их трубчатым или каким либо другим дренажем. Дренирующий слой площадок на искусственном основании образуется из слоя гравия или шлака и слоя песка, кроме этого, в специальных дренажных траншеях укладываются дренажные трубы. Как показала практика эксплуатации иловых площадок, песчаный слой быстро кольматируется и обычно после 2 – 3 месяцев перестает работать. Поэтому на слабо фильтрующих грунтах рекомендуется устраивать иловые площадки на естественном основании с трубчатым дренажем, Рекомендуется также предусматривать перепуски иловой воды с одной карты на другую с последующим выпуском воды в грунт или на очистные сооружения в зависимости от местных условий.

Оптимальная высота слоя единовременного напуска осадка в летнее время лежит в пределах 25 – 30 см. Фильтрация идет интенсивно первые 3 – 4 суток; влажность осадка при этом уменьшается до 91 – 87%, затем подсушка замедляется и заканчивается примерно через 10 дней. Общая годовая нагрузка на асфальтобетонные площадки в условиях средней полосы достигает 5 м³/м². Эти площадки можно устраивать в комбинации с грунтовыми площадками, используемыми главным образом в зимнее время. По мере наполнения, площадки освобождаются от сухого ила.

Если территория очистной станции невелика и не позволяет обустроить открытые площадки большой площади, то в таком случае устраиваются закрытые иловые площадки. Над площадками устанавливается укрытие из стекла, аналогичное по конструкциям теплицам или оранжереям. Это позволяет повысить температуру сушки и избежать притока влажности в случае атмосферных осадков. Годовая нагрузка при этом вырастает до 10 м³/м².

Ликвидация осадков сточных вод если используется если утилизировать нерентабельно или невозможно. Самым распространенным способом ликвидации является сжигание осадка в печах. Перед сжиганием осадок необходимо обезводить. Осадки органического происхождения имеют достаточно низкую теплотворную способность, по сравнению с традиционными видами топлива, которая поддерживается на уровне 16 000 – 20 000 кДж/кг. Тем не менее, такая теплотворная способность позволяет сжигать осадки без использования дополнительного топлива, что повышает экономическую рентабельность процесса. Сжигание проводят в туннельных или многоподовых печах. Высокоэффективным оказывается сжигание в кипящем слое.

На рис. 74 представлена схема установки с использованием теплоты, получаемой от сжигания твердых отходов, для термической сушки и сжигания осадков сточных вод.

Дымовые газы из топочной камеры 1, где происходит сжигание твердых отходов, с температурой 900 – 1000 °С, направляются в камеру 3, где осуществляется сжигание осадка. Подача осадка осуществляется навстречу потоку горячего газа через распылитель 2. За счет организации такого движения происходит подсушивание осадка и сжигание. Температура на выходе из камеры 3 при этом понижается до 750 – 800 °С. Далее газы подаются в теплообменник 5, где за счет их теплоты происходит подсушивание исходного осадка до 84 – 87% (при начальной влажности до 95%). При этом газы охлаждаются до температуры 300 – 350 °С, поступают в фильтр 6, а далее через вентилятор 8 в вентиляционную трубу 7 и окружающую среду. Установка также оборудуется шнековыми питателями для подачи осадка и его измельчения. Подача осадка в камеру сжигания осуществляется насосом 12, компрессором 13. Отстойник 9 служит для сбора твердых несгоревших частиц.

Рис. 74. Схема установки для сжигания осадков сточных вод: 1 – топочная камера; 2 – распылитель; 3 – камера для сжигания осадка; 4 – бак для уплотненного осадка; 5 – теплообменник; 6 – фильтр; 7 – дымовая труба; 8 – дымосос; 9 – отстойник; 10 – бак подогретого осадка; 11 – шнековый транспортер; 12 – насос; 13 - компрессор

Такие установки просты в эксплуатации, имеют низкий выброс загрязнений, позволяют обезвреживать органические отходы с содержанием механических примесей до 10%. Установки подобного типа работают в настоящее время на Юго-западных очистных сооружениях в г. Санкт-Петербург.

Рис. 75. Первичный отстойник

Рис. 76. Юго-Западные очистные сооружения Санкт-Петербург. Общий вид производственной площадки

Рис. 77. Юго-Западные очистные сооружения

Санкт-Петербург

Рис. 78. Печь для сжигания осадка

Рис. 79. Радиальный отстойник для выделения твердого осадка