«Обработка осадков».

В результате механической и биологической очистки городских сточных вод на очистных сооружениях образуются различного вида осадки, содержащие органические вещества. Это отбросы, задерживаемые решетками, осадок, выпадающий в первичных отстойниках, активный ил или биопленка, образующиеся в сооружениях аэробной биологической очистки воды. Отбросы после дробления обычно сбрасываются в канал перед первичными отстойниками, улавливаются ими и попадают, таким образом, в сырой осадок.

Осадок из первичных отстойников крайне неоднороден по фракционному составу.

Крупность, частиц, мм	Процентное содержание массы сухого вещества, %
более 7 – 10	5 – 20
1 – 7	9 – 33
менее 1	50 – 88

Осадок имеет влажность 92 - 96%, слабокислую реакцию среды, в значительной степени насыщен микроорганизмами (в том числе патогенными), содержит яйца гельминтов.

Активный ил по фракционному составу значительно однороднее осадка первичных отстойников; около 98% (по массе) частиц ила имеют размер менее 1 мм. Влажность активного ила в зависимости от принятой схемы обработки составляет 96 - 99,2%. Хлопья ила, состоящие из большого числа многослойно расположенных микробиальных клеток, заключенных в слизь, обладают очень развитой удельной площадью поверхности, составляющей около 100 м² на 1 г сухого вещества. Так же как осадок, ил может быть заражен яйцами гельминтов.

Твердая фаза осадков городских сточных вод состоит из органических и минеральных веществ. Органическая, или беззольная, часть в осадке из первичных отстойников составляет 65 - 75% массы сухого вещества, в иле 70 - 75%. Соответственно зольность осадка колеблется от 25 до 35%, ила от 25 до 30%.

Основными компонентами беззольной части осадка и ила являются белково-, жиро-, углеводоподобные вещества, в сумме составляющие 80 - 85%. Остальные 15 - 20% приходятся на долю лигнино-гумусового комплекса соединений. Количественные соотношения отдельных компонентов в осадке и иле различны. Если в беззольном веществе осадка преобладают жироподобные вещества и углеводы, то в активном иле значительную часть органического вещества составляют белки.

Осадки сточных вод содержат ценные удобрительные вещества (азот, фосфор, калий, микроэлементы) и могут быть использованы в качестве удобрения.

Активный ил может быть использован в качестве кормовой добавки к рациону сельскохозяйственных животных. Питательная ценность активного ила обусловлена высоким содержанием белка и витаминов.

Состав осадка и ила может меняться в значительных пределах и зависит от состава сточных вод, принятой схемы очистки и других факторов.

Большое содержание органических веществ обусловливает способность осадков быстро загнивать, а высокая бактериальная зараженность, наличие в них яиц гельминтов создают опасность распространения инфекций. Поэтому основной задачей обработки осадков является их обезвреживание: получение безопасного в санитарном отношении продукта.

Анаэробное сбраживание.

Брожение называется метановым, так как в результате распада органических веществ осадков в качестве одного из основных продуктов образуется метан.

В основе биохимического процесса метанового брожения лежит способность сообществ микроорганизмов в ходе своей жизнедеятельности окислять органические вещества осадков сточных вод.

Промышленное метановое брожение осуществляется широким спектром бактериальных культур. Теоретически рассматривают брожение осадков, состоящее из двух фаз: кислой и щелочной.

В первой фазе кислого (водородного) брожения сложные органические вещества осадка и ила под действием внеклеточных бактериальных ферментов сначала гидролизуются до более простых:

• белки - до пептидов и аминокислот;

• жиры - до глицерина и жирных кислот;

• углеводы - до простых сахаров.

Кислую фазу брожения осуществляют обычные сапрофиты. Большинство видов бактерий, ответственных за первую фазу брожения, относится к спорообразующим формам.

Во второй фазе щелочного (метанового) брожения из конечных продуктов первой фазы образуются метан и угольная кислота в результате жизнедеятельности метанообразующих бактерий.

Процесс сбраживания характеризуется составом и объемом выделяющегося газа, качеством иловой воды, химическим составом сброженного осадка.

Образующийся газ состоит в основном из метана и диоксида углерода. При нормальном (щелочном) брожении водород как продукт первой фазы может оставаться в газе в объеме не более 1 - 2%, так как используется метанообразующими бактериями в окислительно-восстановительных реакциях энергетического обмена.

Выделившийся при распаде белка сероводород H₂S практически не попадает в газ, так как в присутствии аммиака легко связывается с имеющимися ионами железа в коллоидный сульфид железа FeS.

Конечный продукт аммонификации белковых веществ — аммиак, связывается с углекислотой в карбонаты и гидрокарбонаты, которые обусловливают высокую щелочность иловой воды.

В зависимости от химического состава осадков при сбраживании выделяется от 5 до 15 м³ газа на 1 м³ осадка.

Скорость процесса брожения зависит от температуры. Для ускорения сбраживания и уменьшения объема необходимых для этого сооружений применяют искусственный подогрев осадка до температуры 30-35° С или 50-55° С.

Нарушение процесса может быть результатом перегрузки сооружения, изменения температурного режима, поступления с осадком токсичных веществ и т.д.

Для обработки и сбраживания сырого осадка применяют три вида сооружений:

1. септики (септиктенки);

2. двухъярусные отстойники (эмшеры);

3. метантенки.

В септиках одновременно происходит осветление воды и перегнивание выпавшего из нее осадка. Септики в настоящее время применяют на станциях небольшой пропускной способности.

В двухъярусных отстойниках отстойная часть отделена от гнилостной (септической) камеры, расположенной в нижней части. Развитием конструкции двухъярусного отстойника является осветлитель-перегниватель.

Для обработки осадка в настоящее время наиболее широко используют метантенки, служащие только для сбраживания осадка при искусственном подогреве и перемешивании.

Для обработки небольших объемов осадков (главным образом активного ила) в последнее время применяют метод аэробной стабилизации, осуществляемый в сооружениях типа аэротенков.

Сущность аэробной стабилизации состоит в аэробном окислении биологически доступных органических веществ осадков и в самоокислении бактериальной массы. Аэробной стабилизации могут подвергаться как активный ил, так и сырой осадок, и их смесь.

Сброженный осадок имеет высокую влажность (95 - 98%), что затрудняет применение его в сельском хозяйстве для удобрения (из-за трудности перемещения обычными транспортными средствами без устройства напорных разводящих сетей). Влажность является основным фактором, определяющим объем осадка. Поэтому основной задачей обработки осадка является уменьшение его объема за счет отделения воды и получение транспортабельного продукта.

Свободная вода может быть удалена из осадка фильтрацией или отжимом. Часть свободной воды удаляется при гравитационном уплотнении осадков, при этом объем осадков значительно уменьшается. Например, при изменении влажности осадка с 96 до 92% объем его уменьшается в 2 раза.

Применяя специальные методы обработки, например обработку химическими реагентами, можно добиться перевода части связанной воды в свободное состояние. Однако значительную часть связанной воды можно удалить лишь в процессе испарения.

На способность осадков отдавать воду влияет ряд факторов: влажность, степень дисперсности частиц твердой фазы, структура осадка и его химический состав.

Обобщающим показателем, характеризующим способность осадков к водоотдаче (фильтруемость осадка), является удельное сопротивление фильтрации - сопротивление, оказываемое потоку фильтрата, равномерным слоем осадка, масса которого на единице площади фильтра равна единице. Чем выше удельное сопротивление, тем труднее отдает воду осадок.

Наиболее простым способом обезвоживания является подсушивание осадка на иловых площадках, где его влажность может быть уменьшена до 75 - 80%. При этом осадок уменьшается в объеме и по массе в 4 - 5 раз, теряет текучесть и может легко транспортироваться к месту его использования. Однако способ подсушивания требует больших земельных участков, и, кроме того, влажность подсушенного осадка остается все еще слишком высокой.

Для механического обезвоживания осадков наибольшее применение нашли вакуум-фильтры. Наряду с ними начали применять центрифуги и фильтр-прессы.

Для полной ликвидации органических компонентов осадков их сжигают. Метод сжигания применим в тех случаях, когда невозможна или экономически нецелесообразна утилизация осадка. Препятствием к использованию осадка как удобрения может быть наличие в нем токсичных веществ и некоторых других примесей, поступающих в городскую канализацию с производственными сточными водами.