125457 (Реконструкция участка обработки осадков очистной станции канализации г. Челябинска), страница 3

1.3.1.6.1 Преаэраторы

Преаэраторы трехкоридорные, совмещены с первичными отстойниками на блоках емкостей. Их назначением является предварительная аэрация для улучшения эффективности отстаивания в первичном отстойнике.

Режим работы преаэратора является постоянным при работающем первичном отстойнике. Подача воздуха производится через дырчатые трубы.

3.1.6.2 Первичные отстойники

Стоки из преаэраторов поступают в первичные отстойники, через проёмы в перегородке. Предназначены первичные отстойники для осветления сточных вод, прошедших сооружения грубой очистки (решетки, песколовки). Нормативная скорость движения воды 0,005 – 0,006 м/с. Время пребывания в сооружении 1,5 – 2 часа.

Сырой осадок, осевший в первичных отстойниках, двумя скребками перемещается в приямки отстойников, количество приямков одного отстойника 8 штук (по два приямка в каждом коридоре). Осадок из приямков выгружается эрлифтами в бак сырого осадка, откуда насосами сырого осадка перекачивается в метантенки или на иловые площадки для высушивания.

1.3.1.6.3 Распредканал перед аэротенками

Вода из первичных отстойников поступает в распределительный канал, проходящий по всей длине блока очистки (длина 144 м, ширина 1,5 м, глубина

4,5 м), для сбора и усреднения осветленных сточных вод перед биологической очисткой. Затем сточные воды распределяются по аэротенкам блока емкостей.

1.3.1.6.4 Аэротенки

Предварительно отстоянная вода через распределительный канал поступает в аэротенки (рис. 7). Аэротенки-смесители предназначены для биологической очистки сточных вод. Представляют собой резервуары, в которых очищаемая сточная вода и активный ил перемешиваются и насыщаются воздухом. Для нормального обеспечения процесса биологического окисления в аэротенк непрерывно подается воздух через систему аэрации и возвратный активный ил из вторичного отстойника. Подача возвратного ила в регенератор осуществляется из илового лотка через 2 шибера. Аэротенки 4-х коридорные с 25% регенерацией.

Подача осветленной сточной воды рассредоточена, осуществляется по центральному лотку сточной жидкости через шибера.

Регулирование процесса очистки сточной жидкости осуществляется путем поддержания дозы активного ила и растворенного кислорода, на основании данных лабораторных анализов.

Р исунок 4– Блок технологических емкостей

1.3.1.6.5 Распредканал перед вторичными отстойниками

Предназначен для сбора и усреднение водно-иловой смеси после аэротенков, распределения ее по вторичным отстойникам.

1.3.1.6.6 Вторичный отстойник

Вторичные отстойники горизонтального типа предназначены для осветления сточных вод, прошедших биологическую очистку, то есть для отделения очищенной воды от активного ила. Скорость движения воды – 0,005 – 0,006 м/с. Время пребывания в сооружении 1,5 – 2 ч.

Активный ил возвращается в аэротенк системой скребков, приямков и эрлифтов, расположенных по обе стороны отстойника. Избыточный активный ил отводится из илового лотка системой насосов на аэробную стабилизацию в минерализатор. Очищенная вода отводится через контактный канал системой коллекторов Ду 1250 и Ду 1750 в реку Миасс.

1.3.1.6.7 Контактный канал

Вода из вторичных отстойников поступает в контактный канал, проходящий через весь блок очистки стоков, для усреднения.

Очищенная вода из контактного канала поступает через параллельно прилегающие трубопроводы в коллекторную камеру, затем далее в реку Миасс.

1.3.1.7 Метантенки

Четыре метантенка (рис. 8) каждый с полезным объемом 1800 м³ служат для анаэробного сбраживания осадка из первичных отстойников при термофильном режиме. Под воздействием анаэробных микроорганизмов происходит дегельминтизация и минерализация осадка.

Метантенки представляют собой цилиндрический железобетонный резервуар с коническим днищем и герметическим перекрытием, в верхней части которого имеется колпак для сбора газа.

Периодичность загрузки метантенков – 2 раза в сутки. Подогрев осадка осуществляется острым паром (из котельной СП ОСК). Пар подается непосредственно в метантенк при поступлении и перемешивании осадка. Выгрузка сброженного осадка производится на иловые площадки одновременно с загрузкой сырого осадка в метантенки в объеме, соответствующем объему загружаемого осадка.

1.3.1.8 Минерализатор

Избыточный активный ил, возникающий в процессе биологической очистки, перед размещением на иловых площадках подвергается аэробной стабилизации (минерализации) с целью уменьшения биомассы и повышения водоотдачи осадка.

Минерализатор представляет собой аэротенк с постоянной подачей воздуха без поступления питательных веществ для активного ила. Осадок, стабилизированный в аэробных условиях, гораздо легче обезвоживается, чем анаэробно сброженный.

1.3.1.9 Иловые площадки

Иловые площадки предназначены для подсушивание сброженного осадка после обработки в метантенках и сырого осадка после первичных отстойников до влажности 70 – 80% для возможности его дальнейшего гуртования, погрузки и транспортировки на полигон ТБО.

Иловые площадки состоят из спланированных участков земли (карт), окруженных со всех сторон земляными валками. Выполнены на естественном основании с дренажем.

Осадок наливается на карты периодически слоями. Осадок, подсушенный до влажности 70 - 80% вывозится на городскую свалку. Сброженный и сырой осадок подается на иловые площадки по напорным трубопроводам. Дренажные воды отводятся через насосную станцию в голову сооружений.

1.3.1.10 Прочие технологические объекты

Вспомогательные цеха предназначены для обеспечения надежности и непрерывности технологического процесса, а именно:

- котельная - подачи пара на метантенки, теплоснабжения и горячего водоснабжения промплощадки СП ОСК;

- воздуходувная станция - подачи сжатого воздуха на блоки емкостей;

- электроцех – бесперебойного электроснабжения сооружений и промплощадки в целом;

- ремонтно-механическая служба - проведения ремонтов на ОСК;

- гараж – обеспечения транспортом для вывоза осадков и других нужд предприятия;

- лаборатория – обеспечения технологического контроля за работой станции, контроль стоков предприятий города, воды реки Миасс до и после сброса очищенных вод ОСК в водоем.

2. Литературный обзор по методам обработки осадков сточных вод

2.1 Теоретические основы и характеристики осадков

Сточные воды, поступающие на предприятия по их очистке, содержат весьма разнообразные по составу загрязнения минерального (песок, глинистые частицы, масла, кислоты, щелочи, соли и т. п.), органического (бытовые отходы, фекалии, растительные масла, нефтепродукты, волос, волокна растений и т. п.) и бактериального (микроорганизмы, дрожжевые и плесневые грибы, водоросли и т.п.) происхождения в виде растворов, коллоидов, плавающих и взвешенных веществ [2].

Осадки сточных вод— суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической и биологической очистки. В зависимости от типа сооружений, применяемых для очистки городских сточных вод и обработки осадков, последние можно подразделять на следующие виды: грубые примеси (отбросы), задерживаемые решетками; тяжелые примеси (песок), задерживаемые песколовками; плавающие примеси (жировые вещества), всплывающие в отстойниках; сырой осадок — суспензия, включающая в основном оседающие взвешенные вещества, которые задерживаются первичными отстойниками; активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках, — комплекс микроорганизмов коллоидного типа с адсорбированными и частично окисленными загрязнениями, извлеченными из сточных вод в процессе биологической очистки; осадок, анаэробно сброженный в осветлителях-перегнивателях, двухъярусных отстойниках и метантенках (анаэробному сбраживанию может подвергаться осадок, содержащий органические вещества, либо его смесь с избыточным активным илом); аэробно стабилизированный активный ил или его смесь с осадком из первичных отстойников в сооружениях типа аэротенков; сгущенный или уплотненный активный ил или осадок в сгустителях или уплотнителях; осадок обезвоженный на механических аппаратах; осадок, подсушенный на иловых площадках; осадок, термически высушенный в различных сушилках.

Состав и свойства осадков, в первую очередь, зависят от вида и состава исходной сточной воды и технологии ее очистки [3].

Общий объем осадков, как правило, не превышает 1% объема обрабатываемых стоков, при этом на долю активного ила приходится 60 – 70 % образующихся осадков.

Осадок из первичных отстойников крайне неоднороден по фракционному составу:

содержание в нем частиц крупностью более 7—10 мм составляет 5—20%, крупностью 1 - 7 мм – 9 – 33 %, крупностью менее 1 мм – 50 – 88 % массы сухого вещества. 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 - 99,5 %. 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 [4].

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.

Исследования, проведенные АКХ, показали, что активный ил может быть использован в качестве кормовой добавки к рациону сельскохозяйственных животных. Питательная ценность активного ила обусловлена высоким содержанием белка и витаминов. Ил городских очистных станций содержит почти все витамины группы В и особенно много витамина В₁₂ [5].

Вода в осадках может быть в свободном и связанном состоянии. Свободная вода (60 - 65 %) может быть легко удалена из осадка. Коллоидно-связанная влага обволакивает твердые частицы гидратной оболочкой и препятствует их соединению в крупные агрегаты. Некоторое количество этой влаги удаляется из осадка после коагуляции в процессе фильтрования.

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. Активный ил имеет значительно большее сопротивление фильтрации, чем сырой осадок. Связано это с тем, что в иле много коллоидных веществ и основную массу составляют очень мелкие частицы. Удельное сопротивление фильтрации служит исходной величиной при выборе метода обезвоживания осадка.

Коагулянты с положительно заряженными ионам и нейтрализуют отрицательный заряд частиц осадка. После этого отдельные твердые частицы освобождаются от гидратной оболочки и соединяются вместе в хлопья. Разрушить гидратную оболочку можно кратковременной термической обработкой. Освобожденная вода легче отфильтровывается. Полное удаление влаги достигается в процессе высокотемпературной сушки [6].

2.2 Методы обработки осадков сточных вод, применяемые сооружения

Основная задача обработки осадков сточных вод заключается в получении конечного продукта, свойства которого обеспечивают возможность его утилизации в интересах народного хозяйства либо сводят к минимуму ущерб, наносимый окружающей среде. Технологические схемы, применяемые для реализации этой задачи, отличаются большим многообразием.

Технологические процессы обработки осадков сточных вод на всех очистных станциях механической, физико-химической и биологической очистки можно разделить на следующие основные стадии: уплотнение (сгущение), стабилизация органической части, кондиционирование, обезвоживание, термическая обработка, утилизация ценных продуктов или ликвидация осадков (схема 2) [3].

Рисунок 5 – Стадии и методы обработки осадка сточных вод

2.2.1 Уплотнение осадков

Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении в среднем удаляется 60 % влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза.

Для уплотнения используют гравитационный, фильтрационный, центробежный и вибрационный способы. Гравитационный способ уплотнения является наиболее распространенным. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или радиальные отстойники.

Уплотнение активного ила, в отличие от уплотнения сырого осадка, сопровождается изменением свойств ила. Активный ил как коллоидная система обладает высокой структурообразующей способностью, вследствие чего его уплотнение приводят к переходу части свободной воды в связанное состояние, а увеличение содержания связанной воды в иле приводит к ухудшению водоотдачи.

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.

2.2.2 Стабилизация осадка

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 [5].

2.2.2.1 Анаэробная стабилизация

Основным методом обезвреживания осадков городских сточных вод является 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 или 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. Дальнейшие превращения этих веществ в клетках бактерий приводят к образованию конечных продуктов первой фазы, главным образом органических кислот. Более 90 % образующихся кислот составляют масляная, пропионовая и уксусная. Образуются и другие относительно простые органические вещества (альдегиды, спирты) и неорганические (аммиак, сероводород, диоксид углерода, водород).

Кислую фазу брожения осуществляют обычные сапрофиты: факультативные анаэробы типа молочнокислых, пропионовокислых бактерий и строгие (облигатные) анаэробы типа маслянокислых, ацетонобутиловых, целлюлозных бактерий. Большинство видов бактерий, ответственных за первую фазу брожения, относится к спорообразующим формам. Во второй фазе щелочного или метанового брожения из конечных продуктов первой фазы образуются метан и угольная кислота в результате жизнедеятельности метанообразующих бактерий — неспороносных облигатных анаэробов, очень чувствительных к условиям окружающей среды.

Метан образуется в результате восстановления СО₂ или метильной группы уксусной кислоты: