Методы предотвращения загнивания осадков

Разложение (гниение) органических веществ в кислой среде сопровождается выделением зловонных запахов, образованием коллоидных и мелкодисперсных частиц, ухудшением водоотдачи осадков.

Для предотвращения загнивания осадков используется метод стабилизации, основанный на изменении физико-химических характеристик осадков, с подавлением жизнедеятельности гнилостных бактерий. Она достигается:

1. минерализацией органических веществ (анаэробное метановое брожение, аэробная стабилизация, тепловая обработка, биотермическое разложение);
2. изменением активной реакции среды (повышением величины рН до 10,2-11 введением щелочей, извести с повышением температуры до 60°С);
3. уничтожением кислотных микроорганизмов нагреванием (пастеризация, тепловая обработка, термическая сушка);
4. обезвоживанием осадков (удаление влаги фильтрованием и испарением);
5. введением химических веществ и соединений, подавляющих развитие микроорганизмов (химические методы).

В зависимости от метода и степени обработки стабилизация подразделяется на необратимую и временную. При минерализации загнивание органического вещества возможно лишь в случае неполного распада разлагающейся части. При стабилизации без минерализации органического вещества процесс становится обратимым после повторного увлажнения и создания условий для жизнедеятельности кислотных микроорганизмов.

Стабилизация, кроме изменения физико-химических характеристик осадков, может сопровождаться:

1. улучшением водоотдачи осадков (аэробная стабилизация, тепловая обработка, введение извести);
2. сокращением объема (фильтрование, испарение, сушка);
3. получением побочных продуктов (метана при анаэробном сбраживании);
4. частичным или полным обезвреживанием (обработка известью и химическими веществами, сбраживание, термическая обработка);
5. улучшением удобрительных свойств (обработка известью, аммиаком);
6. изменением активной реакции среды.

Исследования показали, что после замораживания осадка и последующем его оттаивании можно отказаться от применения химических реагентов для их коагуляции, а также значительно увеличить производительность фильтров. Выделяющаяся при оттаивании осадков жидкость содержит незначительное количество загрязнений, что облегчает их обработку. Процесс замораживания снижает удельное сопротивление осадков, но создает существенные трудности.

Осадок после термообработки обезвоживается без реагентов, становится стерильным и хорошо уплотняется. Но сам процесс технически сложен; имеет высокие БПК и ХПК иловой воды и фильтратов, получаемых при уплотнении и обезвоживании обработанных осадков, что ограничивает применение этого метода.

Подсушка осадка на иловых площадках зависит от гидрологических и климатических условий, требует отчуждения огромных площадей. Выбор конструкции иловых площадок (площадки с асфальтобетонным основанием, площадки-уплотнители, каскадного типа) и нагрузок на них основывается на свойствах осадков по водоотдающей способности. Вакуум-фильтры применяются для обезвоживания как сброженных, так и сырых осадков сточных вод. В зависимости от типа и свойств осадка производительность вакуум-фильтров находится в пределах 5-60 кг/м2 в час по сухому веществу, а влажность кека — 60-85%.

Влияние температуры замораживания на снижение удельного сопротивления осадков (см/г)

Тип осадка	Исходная влажность, %	Температура замораживания, 0С	Удельное сопротивление (х10-10), см/г
			исходное	после оттаивания
Активный ил	97,5	-15	2320	8,5
Люблинской станции аэрации	97,5	-3	2320	1
Активный ил	97,5	-15	985	3,3
Тушинской станции аэрации	97,5	-7	985	1,7
Сырой	96	-18	710	18,5
из первичных	96	-5	710	1,5
отстойников	95,5	-15	830	7,6
Тушинской	95,5	-3	830	1,2
станции аэрации
Сброженная смесь	97 97	-25 -15	2520 2520	138 20,4
Люблинской станции аэрации	97,5 97,5	-15 -3	2180 2180	15,7 4,3

При механическом обезвоживании сырого осадка технологическая схема существенно упрощается за счет исключения метантенков, котельных для их обслуживания, станций перекачки, операций по промывке и уплотнению осадка. Сырой осадок обезвоживается на вакуум-фильтрах более эффективно, при меньших затратах реагентов и с большей производительностью, чем сброженный

Применение фильтр-прессов при низких значениях удельного сопротивления и показателя сжимаемости осадка позволяет получать более низкую влажность кека, чем при применении вакуум-фильтров. В странах Запада нашли применение горизонтальные, вертикальные, барабанные и ленточные фильтр-прессы непрерывного действия. Влажность кека после обезвоживания достигает 82%. Для осуществления сушки обезвоженных осадков сточных вод за рубежом нашли применение барабанные, ленточные, петлевые, вальцовые сушилки, сушилки со взвешенным слоем, трубы-сушилки. У нас в основном пока применяются барабанные сушилки, имеющие большую единичную производительность. Но из-за недостаточного объема массы (в среднем 60 кг/м3 в час) они имеют большие габариты, вес и металлоемкость.

Находят применение и фильтры автоматические самопромывающиеся непрерывного действия типа ФНС для улова взвеси из отработанных вод, агрессивных, ядовитых, опасных для здоровья и взрывопожароопасных жидкостей с возвратом уловленных продуктов и очищенных вод и жидкостей в производство. Они обеспечивают:

1. интенсивную автоматическую промывку фильтровального элемента с регулированием расхода воды при одновременной ее очистке;
2. транспортирование задержанной взвеси и воды к месту потребления под остаточным напором;
3. непрерывную подачу фильтровальной воды под напором как в рабочем режиме, так и в период промывки фильтра;
4. простоту сборки и разборки фильтра;
5. малые габариты;
6. надежную промывку и регенерацию фильтра даже от комкующихся взвесей.

Фильтры типа ФНС обеспечивают увеличение производительности (ФН-15 — до 20, а ФН-50 — до 70 м3/ч); снижение энергозатрат в 6 раз и металлоемкости в1,5 раза; вместимость фильтра ФН-15 — 0,036, а ФН-50 — 0,2м3; габариты ФН-501,25x1,0x1,6 м; масса ФН-50— 600 кг; остаточное содержание взвешенных веществ до 10 мг/л.

Сжигание осадков городских сточных вод не решает полностью проблемы их удаления, так как количество минерального (несгораемого) вещества в осадках как после вакуум-фильтров с применением химических реагентов, так и после безреагентного центрифугирования не превышает 50% от массы сухого вещества осадка.

Нашли применение способы обеззараживания осадков химическими веществами (аммиачная вода, карбатион, формальдегид, известь, тиазон, мочевина). Остаточное содержание в осадках указанных химических веществ поддерживает санитарно-гигиеническую стабильность почвы.

Но необходимо иметь в виду, что аммиак, тиазон и формальдегид являются токсичными веществами и требуют строгого соблюдения мер безопасности, так как возможно превышение содержания азота в обработанных осадках.

По данным Института медицинской паразитологии и тропической медицины полное обеззараживание механически обезвоженных осадков происходит при смешивании с аммиачной водой (5% по аммиаку от массы осадка) и выдержке не менее 10 сут при поддержании температуры смеси в пределах 18—230С. При снижении температуры смеси до 6°С концентрацию по аммиаку необходимо поднять до 12%, а продолжительность выдержки — до 15 сут. Обработка осадка аммиачной водой повышает его удобрительную ценность, но увеличивает влажность осадка и его взрывоопасность.

Указанный институт рекомендует использовать для обеззараживания осадка тиазон, который применяется для борьбы с галловой нематодой в защищенном грунте. Тиазон в концентрации 0,2—2% общей массы осадка в течение 3—10 сут уничтожает яйца гельминтов, патогенных микробактерий (в том числе туберкулеза), яйца и личинки мух. Внесение обработанного тиазоном осадка на поля позволяет дополнительно уничтожать возбудителей инфекции, плесени, фитонематоды и сорняки в почве.

При оценке метода очистки сточных вод используют показатели: коэффициент очистки сточных вод, экономичность процесса, производительность метода, его прогрессивность.

Очистка сточных вод включает в себя ряд технологических процессов:

1. удаление загрязняющих веществ изводы;
2. предварительный процесс (процеживание и выделение тяжелых примесей, отдельных нефтепродуктов, усреднение и хранение);
3. первичный процесс (нейтрализация и отстаивание);
4. вторичный процесс (отстаивание, использование активного ила, анаэробное сбраживание, аэрация, закачка в скважины);
5. третичный (экстракция, коагуляция и отстаивание, фильтрация, угольная адсорбция и ионообмен).

Удельные затраты на строительство комплекса по первичной очистке почти в два раза меньше, чем по вторичной, и в 10 раз, чем по третичной. Приняв стоимость очистки сточной воды на 90% за единицу, требование очистки до 99% потребует затрат в 10 раз больших, а до 99,9% — в 100 раз.

Применяются 6 основных схем сброса и очистки сточных вод.
1. Прямоточная: сброс стоков в водоем производится без очистки.
2. Повторное использование воды без очистки.
3. Повторное использование воды после осветления сточных вод в сооружениях очистки.
4. Повторное использование условно-чистой воды и оборотного водоснабжения загрязненной водой.
5. Оборотное водоснабжение.
6. Бессточное водоснабжение.

В производстве для электрохимического полирования металлических поверхностей применяются электролиты на основе фосфорной и серной кислот. Срок применения таких электролитов ограничен из-за накопления в них соединений Fe3+, Сг3+, Ni2+. Исследования возможности регенерации и обезвреживания отработанного электролита выполнялись при содержании примесей: Fe2О3 (4—7%), CrО3 (2-3%), Ni2+ (4 г/л).

Для регенерации отработанного электролита с целью возврата его в производство был применен ионообменный методе использованием катионита КУ-2 (8% дивинил бензола) и анионита АВ-17 как наиболее устойчивых к воздействию окислителей. Как известно, в растворах фосфорной кислоты одновременно присутствуют катионные и анионные комплексы железа и хрома (Fe3+, Сr3+), ионы этих металлов катионитом сорбируются лучше, чем анионитом. При этом ионы Fe2+ легче извлечь из растворов фосфорной кислоты, чем ионы Fe3+. Ввиду наличия в отработанном электролите СrО3 железо находится в трехвалентной форме. Ионы никеля (Ni2+) вообще не сорбируются анионитом, а только катионитом.

Эффект сорбции во многом зависит от концентрации фосфорной кислоты и ионов металлов в растворе и от температуры.

Данные опытов по очистке отработанного электролита в стационарных условиях с применением катионита КУ-2 свидетельствуют о достаточности сорбирования никеля даже из концентрированных растворов фосфорной кислоты. Асорбция хрома (и особенно железа) резко уменьшается с увеличением концентрации фосфорной кислоты в растворе. С увеличением температуры раствора емкость катионита по железу возрастает и максимальной наблюдается при одномолярном растворе Н₃РО₄ при времени контакта 4 ч (до 4% веса катионита).

Сорбция железа (Fе3+) катионитом КУ-2 в статических условиях

Раствор при 200C		Время контакта, ч	Вес катиона, г	Сорбировано Fe, мг/г смолы
Н3РО4, моль/л	Fe3+, мг/л
1,1	223,4	2	0,5	3,35
1,1	1047,2	2	1	15,5
1,1	2066,5	2	1	22,35
1,1	2136,2	4	1	35,88
1,1	4468	2	2	40,14
1,1	4468	4	2	41,29
4,25	245,7	4	0,5	3,91
4,25	1033,2	2	1	9,33
7,5	184,3	4	0,5	0
7,5	893,6	4	1	0

Опыты в динамическом режиме проводились также с применением катионита КУ-2 в колонках диаметром 15 и 25 мм при отношении высоты слоя катионита к диаметру колонки 7:1 и 10:1. Скорость фильтрации раствора составляла 0,2-0,8 м/ч. Регенерация катионита производилась раствором НС1 (применение серной кислоты оказалось нецелесообразным) со скоростью 0,5 м/ч с одновременным переводом катионита в Н-форму.

Сорбция ионов металлов катионитом КУ-2 в динамических условиях

Разбав­ление электро­лита	Количество металла в растворе, мг			t0С раствора	Сорбировано, мг на 1 мг смолы			Степень извлече­ния, %
	Fe3+	Сr3+	Ni2+		Fe3+	ССr3+	всего
Не разбавлен	315	80	20	26	10,1	3	15,8	24
	1587	400	100	19	14,7	3	20,4	34
	362	91,2	22,8	80	16	6	25	33
1:2	215,6	64,9	13,7	30	14,8	3,7	20,3	51
	233,2	59,3	14,8	80	20	5,6	27,6	64
1:7	1422	360	90	18	28,5	4,7	35,6	75
	1343	340	85	16	26,2	4,4	32,9	73

Примечание. 1. Состав электролита, (г/л): Н3РО4 (1050); H2SО4 (139); СrО3 (100); Fe3+(63,5); Сr3+ (16); Ni2+ (4 г/л).
2. Скорость фильтрования 0,25-0,8 м/ч. Количество сорбированного никеля рассчитано по его концентрации в исходном растворе.
3. Расчет степени извлечения металлов проведен по железу.

Как видно из таблицы, наибольшие сорбционная емкость смолы и степень извлечения металлов имеют место при ионообменной очистке отработанного электролита, разведенного водой в отношении 1:7 (концентрация Н3РО4 в этом растворе составляет 1,2 моль/л). Происходит полное извлечение никеля из очищаемых растворов. Повышение температуры раствора несколько увеличивает сорбцию металлов. Изменение скорости фильтрации 0,25-0,8 м/ч не оказывает заметного влияния на величину сорбции металлов.

Обезвреживание отработанного электролита с помощью реагентов основано на восстановлении ионов 6- и 3-валентного хрома с последующей нейтрализацией свободных кислот и удалением хрома (Сr3+) в виде нерастворимого в воде осадка гидроокиси хрома.

Восстановителем является сульфит натрия и железный купорос. Химические реакции протекают в виде:

Восстановление Сr6+ до хрома Сr3+ происходит в пределах пяти минут при дозе Na2SO3 вес. ч. на 1 вес. ч. 6-валентного хрома (или при дозе FeSО47H2О 10 вес. ч. на 1 вес. ч. 6-валентного хрома). Температура реакционной смеси повышается до 85°С, отработанный электролит нейтрализовался до величины рН 6—6,5. В этих условиях трехвалентное железо и хром образуют малорастворимые в воде фосфаты, фосфат кальция и гидроокиси.

При нейтрализации отработанного электролита известковым молоком его объем увеличивается в 5—6 раз по сравнению с исходным объемом. Перспективней пользоваться методом сухой нейтрализации, используя в качестве реагента отходы производства (пыленку известково-обжиговых печей). При нейтрализации отработанного электролита сухими реагентами температура реакционной смеси повышается до 90°С, происходит испарение воды. Чтобы не допустить цементации, смесь необходимо помешивать до ее остывания. Продукт нейтрализации содержит до 29% усвояемого растениями продукта (Р2О5), т.е. его можно использовать в качестве удобрения.