3253

4

Содержание

5

ВВЕДЕНИЕ

На очистных сооружениях по подготовке питьевой воды образуются концентрированные сильно влажные осадки. Это осадки из отстойников и осветлителей со взвешенным слоем, промывных вод фильтров, контактных осветлителей и осадки из растворных баков с реагентами. Исследование состава водопроводных осадков указывает на высокое содержание в них оксида алюминия и значительного количества высокомолекулярных органических веществ от использования флокулянтов.

В настоящее время основным методом обработки этих осадков в отечественной практике является их естественная сушка, а также обезвоживание на искусственно созданных картах (площадках вымораживания). Карты занимают значительные земельные участки, расположенные, как правило, в непосредственной близости к городским территориям, на которых осадки выдерживаются длительное время (2-4 года). При этом органическая часть осадков загнивает, в результате чего образуются неприятные запахи. На картах развивается растительность и размножаются многочисленные виды насекомых.

Во всех случаях указанные методы обработки приводят к загрязнению подземных и поверхностных вод. Таким образом, очевидна необходимость перехода к более совершенным методам обезвоживания водопроводных осадков - их кондиционированию (разрушению коллоидных связей) с последующим механическим обезвоживанием.

Для кондиционирования осадков применяют в основном две технологии: обработка реагентами (известь) или искусственное попеременное замораживание - оттаивание. Механическое обезвоживание может быть осуществлено на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах или центрифугах. Водопроводные осадки по сравнению с осадками сточных вод значительно труднее поддаются обезвоживанию. При этом требуется большое количество реагентов и снижается производительность аппаратов по механическому обезвоживанию.

В процессе очистки муниципальных сточных вод образуются следующие виды отходов: крупные отбросы, задерживаемые на решетках и ситах; минеральные загрязнения, выпадающие в осадок в песколовках, называемые осадком из песколовок; загрязнения, задерживаемые в первичных отстойниках, называемые «сырой осадок»; избыточный активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках; уплотненный активный ил после илоуплотнителей; анаэробно сброженный осадок после метантенков; кек – обезвоженный или подсушенный на иловых площадках осадок.

Количество влажных осадков, в зависимости от технологии очистки сточных вод, колеблется от 0,4 до 0,8 % от объема подвергаемых обработке сточных вод. Осадки городских сточных вод являются опасным отходом, т. к. содержат в своем составе токсичные вещества (соли тяжелых металлов, токсичную органику и др.) и различные виды микрофлоры, в том числе патогенных. Таким образом, осадки городских сточных вод являются

6

опасным в санитарно-гигиеническом и экологическом отношении отходом, требующим специальной обработки или захоронения с целью предотвращения загрязнения окружающей среды.

Среди многочисленных экологических проблем в Российской Федерации проблема утилизации осадков сточных вод является одной из наиболее важных. Сложность состоит не только в технологической стороне вопроса, но в законодательной базе. Законодательство не регламентирует вопросы переработки и утилизации осадков. Результатом этого является вторичное загрязнение окружающей среды от неопределенно долгого хранения.

Вопрос утилизации обезвоженных осадков сточных вод поднимался российскими учеными еще в 1914 г. Их рекомендовалось использовать как удобрение или в качестве топлива. В настоящее время накоплен значительный опыт по использованию осадков городских сточных вод. Анализ состояния вопроса показывает, что одним из перспективных направлений утилизации осадков сточных вод является также использование их в качестве удобрения в сельском и городском хозяйстве, в «зеленом строительстве» и при рекультивации нарушенных земель. Однако токсичность и неблагоприятные санитарно-гигиенические показатели осадков не позволяют напрямую использовать их в качестве органоминерального удобрения. Проблема должна решаться на основе комплексного подхода: обезвреживания осадков и их утилизации.

Соотношение образующихся осадков в водохозяйственной системе одного города примерно 1:4 по сухому веществу, соответственно осадок станций водоподготовки (СВП) к осадку станций водоочистки (СВО). Если же оценивать образующееся количество осадков к числу водопользователей, то на каждого городского жителя в год образуется примерно 2,5 кг сухого вещества осадка СВП и 10 кг сухого вещества осадка СВО. Учитывая, что влажность этих осадков после обезвоживания (на центрифугах, фильтрпрессах) составляет примерно 75-80%, то объемы, которые ежедневно образуются в крупных городах, впечатляют.

Основные направления утилизации осадков рассматриваются в пособии. Целями освоения дисциплины «Проблемы утилизации осадков природных и сточных вод» являются: овладение компетенциями, обеспечивающими приобретение углубленных теоретических и практических знаний, находящихся на передовом рубеже науки и техники, а также навыков профессиональной эксплуатации современного оборудования в области очистки природных и сточных вод и обработки образующихся осадков.

7

1. УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ СТАНЦИЙ ВОДОПОДГОТОВКИ

На водопроводных станциях - предприятиях по производству питьевой воды - образуются большие объемы концентрированных промышленных отходов, называемых водопроводными осадками.

Состав гидроксидных осадков, образующихся при очистке природных вод коагулянтами и флокулянтами, определяется, во-первых, химической природой загрязнений речной воды, как природного, так и антропогенного происхождения, во-вторых, природой применяемых коагулянтов. Состав и количество осадка существенно зависят от времени года, что определяется сезонным различием состава, мутности и цветности речной воды.

Внастоящее время основными методами обработки этих осадков в отечественной практике является их естественная сушка в оврагах или иловых картах, либо сброс осадков в водоисточники.

Обработка большого количества осадка при соблюдении существующих правил охраны поверхностных вод от загрязнений и при ограниченных площадях земельных участков для естественной сушки осадков является одной из наиболее актуальных проблем в технологии подготовки питьевой воды.

Вкрупных российских городах, таких как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород осадок сбрасывается в канализационные сети. В городах, где пропускная способность городских очистных сооружений ограничена, осадок сбрасывается непосредственно в окружающую среду.

Водоканал г.Ульяновска сбрасывает осадок в необработанном виде в реку Каменка (приток р. Свияга). Ежегодно в природные воды реки попадает: взвешенных веществ - свыше 3,5 тыс. т, меди и цинка - по 1 т; алюминия - 730 т; железа -12 т. Кроме экологического ущерба, происходит потеря дорогостоящих коагулянтов.

Всоответствии с вышеизложенным обработка осадка природных вод актуальна для многих станций водоподготовки.

Учитывая разнообразие качества осадков, технологические схемы их обработки должны решаться в каждом конкретном случае. Однако существуют определенные способы обработки, которые могут быть основой для разработки той или иной схемы. К таким способам относятся:

-механическое обезвоживание осадков с реагентами на камерных и ленточных фильтр-прессах, центрифугах и других аппаратах;

-обработка осадка природных вод совместно с осадками сточных вод на станции очистки сточных вод;

-обработка осадков с одновременной регенерацией коагулянта;

-естественное замораживание и оттаивание осадка на площадках замораживания в соответствующих климатических условиях, и другие способы.

8

Способы утилизации осадков зависят от химико-минералогического и физико-химического составов, содержания в них ценных веществ и компонентов, а также от водоотдающей способности осадков.

Формирование водопроводного осадка, его характеристики и химический состав непосредственно связаны с качеством исходной воды. Если исходная вода сильно загрязнена (например, при разливах рек), то содержание сухого вещества в осадке может достигать 100 г/л, в обычных условиях оно не превышает 15 г/л. Осадок после очистки воды часто содержит значительное количество органических веществ (БПК20 = 400-2000 мг/л, ХПК = 500-1000 мг/л) и гидроксидов металлов. После прокаливания осадка в его составе могут содержаться: SiO2 - до 45%, А1203 - до 40%, Fе203 - до 5%, СаО - до 3%, Мg0 - до 2%. Химический состав указывает на возможность его применения в качестве добавок к сырью стройматериалов. Наличие в осадке до 40% оксида алюминия позволяет рассматривать его не как отход, а как исходное сырье для получения сорбента и регенерированного коагулянта (регенерата после кислотной обработки осадка). Направления утилизации водопроводных осадков представлены в таблице 1.

Таблица 1. Возможные направления утилизации осадков станции водоподготовки

Водопроводные осадки

Утилизация осадков методом регенерации коагулянта

Наиболее целесообразным представляется комплексное рассмотрение технологической схемы подготовки питьевой воды, включающей утилизацию алюминийсодержащих осадков методом регенерации коагулянта, использование регенерированного коагулянта для улучшения качества очистки воды, предотвращение сброса осадка в окружающую среду.

Технология получения регенерата включает обработку осадка реагентами – кислотами, щелочами и др. После обработки осадка щелочью, газообразным хлором или, что наиболее эффективно, кислотой можно получить эффективный коагулянт (регенерат) для неоднократного использования в технологии очистки воды.

9

Для очистки сточных вод от фосфатов и некоторых органических загрязнений можно использовать сорбент, полученный термообработкой (при температуре 160° С в течение 24 часов) водопроводного осадка. Последовательная обработка воды на загрузке из сорбента (оксида алюминия) и активированного угля обеспечивает снижение концентрации общего органического углерода на 95%. Получение сорбента основано на термообработке в 2 этапа:

•испарение свободной воды при 120° - 150° С;

•удаление связанной воды при 160° - 200° С.

Утилизация осадка в стройиндустрии

Еще одним направлением утилизации осадка является использование его в качестве добавок к сырью стройматериалов. Ученые УкркоммунНИИпроекта предлагают осадки, полученные при очистке воды поверхностных водоисточников средней мутности, использовать в качестве керамического сырья, компонентов строительных материалов, в том числе цементов, бетонов, защитных покрытий; осадки, полученные при очистке высокоцветных маломутных вод поверхностных водоисточников, использовать для получения пористых заполнителей и фильтрующих материалов.

Применение осадков в качестве керамического сырья определяется количеством в них гидроокиси алюминия и других продуктов гидролиза алюмосодержащего коагулянта.

Наличие аморфного гидроксида алюминия в осадке двояким образом влияет на прочностные характеристики обожженных образцов. Увеличение его содержания в осадках повышает температуру спекания и показатель огнеупорности керамических изделий, а при больших его количествах происходит разрушение образцов вследствие существенной усадки гидроокиси алюминия при нагревании.

Смешивание осадков с предварительно увлажненной бетонной смесью в количестве, обеспечивающем водоцементное отношение, придает прочность изготовленным из этой смеси изделиям, идентичную прочности изделий из бетонной смеси, приготовленной на водопроводной воде.

Использование водопроводного осадка в составе цементных сырьевых смесей в качестве добавки взамен дефицитных высокоалюминатных обводненных глин повышает прочность цемента. Это было проверено на заводе института Южгипроцемент при выпуске опытной партии портландцемента. В состав цементной сырьевой смеси вместо глинистого компонента ввели обезвоженный осадок. Содержание в клинкере трехкальциевого алюмината было увеличено, повысилась и прочность цемента на 3050 кгс/см2.

Получение быстротвердеющей смеси, обладающей повышенной прочностью, может быть достигнуто путем добавления водопроводного осадка к жидкому стеклу и цементу.

10

Термодинамический анализ процессов, происходящих при получении автоклавных строительных изделий с использованием водопроводного осадка, показал энергетическую выгодность реакций, лежащих в основе твердения этого материала. Некоторые авторы отмечают пластифицирующее действие сырьевой смеси, используемой при производстве силикатных покрытий для автоклавов при добавлении осадка, и возможность снижения давления прессования. При производстве силикатного кирпича благодаря добавлению водопроводного осадка (до 5% по массе) могут быть снижены эксплуатационные расходы и увеличена производительность технологического оборудования.

Посредством высокотемпературного обжига сырьевых смесей при изготовлении стеновых керамических изделий авторы отмечают возможность их формования практически целиком из осадков водопроводных станций.

Утилизация осадка в литейном производстве

В литейном производстве в качестве защитного жаростойкого покрытия для поддонов и изложниц рекомендуется использовать водопроводный осадок. Его огнеупорность 1300° С, вполне достаточна для применения в качестве изолирующего покрытия. Наличие в шламе органических примесей (20-30%) обеспечивает газотворную способность осадка при заливке стали.

Опудривание гранул при производстве керамзита повышает качество, увеличивает выпуск заполнителя и позволяет полностью отказаться от дорогостоящего высокоупорного опудривателя - глинозема.

Широкое внедрение находящихся в стадии проработок новых предложений сдерживается отсутствием постоянно действующих цехов механического обезвоживания осадков водопроводных станций, сложностью транспортирования осадка на предприятия, которые могли бы использовать его как сырье в производстве строительных материалов.