Диплом. Федякова 1. 1 Характеристика предприятия как источника образования отходов

• Название: 1 Характеристика предприятия как источника образования отходов
• Дата: 03.05.2023
• Размер: 1.48 Mb.
• Имя файла: Диплом. Федякова 1.doc
• Тип: Реферат; #1104597
• страница: 8 из 14

2 Обоснование выбора направления обработки и утилизации осадка производственных сточных вод

2.1 Классификация осадков, их состав и свойства


В процессе очистки производственных сточных вод, как правило, образуются осадки, различные по химическому составу и физическим свойствам. Объем осадков зависит от вида обрабатываемых сточных вод и принятого метода очистки. Конечная цель обработки осадков сточных вод состоит в превращении их путем проведения ряда последовательных технологических операций в безвредный продукт, не вызывающий загрязнения окружающей среды. При этом ценные компоненты, содержащиеся в осадке, должны быть максимально утилизированы.

По химическому составу осадки подразделяются на три группы: преимущественно минерального состава; преимущественно органического состава, имеющие зольность менее 10%; имеющие в своем составе вещества органического и минерального происхождения, зольность таких осадков может изменяться от 10 до 60%.

Все осадки производственных сточных вод можно разделить на два класса: инертные и токсичные, кроме того, они бывают двух видов: стабильные и нестабильные (загнивающие).

В зависимости от способа очистки, а также от фазово-дисперсного со­стояния примесей различают осадки первичные и вторичные. К первичным осадкам относятся грубодисперсные примеси 1 группы, которые находятся в твёрдой фазе и выделены из воды методами механи­ческой очистки (седиментация_, фильтрация, флотация, осаждение в цен­тробежном поле).

К вторичным осадкам относятся примеси 2,3 и 4 групп, находящиеся в воде в виде коллоидов молекул ионов, которые могут быть переведены в твердую фазу и удалены из сточной воды лишь в результате биологиче­ской и физико-химической очистки. Вторичные осадки разделяются на примеси коллоидной и молекулярной дисперсности 2 и 3 групп, выделенные из сточной воды в твердую фазу в результате биологической очистки, - активный ил, биопленка и на примеси молекулярной и ионной дисперсности 3 4 групп, выделенные из воды в твердую фазу в результате физико-химической очистки, - шламы /17/. В таблице 2.1 отражена классификация осадков в зависимости от методов очистки и с учетом способов их выделения и обработки.

Таблица 2.1. Классификация осадков.

Группа осадков или примесей	Квалификация осадков	Сооружения и оборудование, задерживающие осадки или обрабатывающие их
I	Осадки грубые (отбросы)	Решетки, сита
II	Осадки тяжелые	Песколовки
III	Осадки плавающие	Жировки, отстойники
IV	Осадки первичные, сырые, выделенные из сточной воды в результате механической очистки и не подвергнутые обработке	Отстойники первичные, осветители
V	Осадки вторичные, сырые, выделенные из сточной воды после биологической и физико-химической очистки	Отстойники вторичные, флотаторы
VI	Осадки сброженные, прошедшие обработку в анаэробных перегнивателях или осадки стабилизированные в аэробных стабилизаторах	Септики, двухъярусные отстойники, осветители, перегниватели, метантеки, аэробные стабилизаторы
VII	Осадки уплотненные, подвергнутые сгущению до предела текучести (до влажности 90-85%)	Уплотнители: гравитационные, термогравитационные, флотационные, сепараторы, термофлотационные, центрифуги-уплотнители, площадки предельного уплотнения
VIII	Осадки обезвоженные, подвергнутые сгущению до влажности 80-40%	Иловые площадки, новые площадки: высокопроизводительные, вакуум-фильтры, центрифуги, фильтр-прессы, шнековые прессы и др.
IX	Осадки сухие, подвергнутые термической сушке до влажности 5-40%	Сушилки: барабанные, вальцовые, с кипящим слоем, со встречными струями, камерные, ленточные и др.

Активный ил, задерживаемый вторичными отстойниками после аэротенков, представляет биоценоз микроорганизмов и простейших, обладает свойством флокуляции. Структура активного ила представляет хлопьевидную массу бурого цвета. В свежем виде активный ил почти не имеет запаха или пахнет землей, но, загнивая, издает специфический гнилостный запах. По механическому составу активный ил относится к тонким суспензиям, состоящим на 98% по массе из частиц размерами меньше 1 мм. Активный ил отличается высокой влажностью 99,2 – 99,7%. Избыточный ил – биопленка, представляет собой смесь, состоящую из аэробных бактерий, отмерших тел микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности, мелких частиц загрузочного материала и выноса мельчайших взвешенных частиц, не задержанных первичными отстойниками.

В осадках, как ив сточной воде, можно найти все основные формы бактерий : палочковидные, шарообразные, извитые. К микроорганизмам относятся также дрожжи и плесени. Бактериальная заселенность осадков на порядок выше, чем сточных вод, они содержат много гельминтов /18/.

Механический состав осадков отличается большой неоднородностью. Размеры отдельных частиц колеблются от 10мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности.

2.2 Методы обработки осадков


Химический состав производственных сточных вод существенным образом влияет на выбор метода их обработки.

В необработанном состоянии осадок, образующийся в результате очистки сточных вод занимает много места и негативно воздействует на окружающую среду. В общем случае обработка осадков производственных сточных вод состоит из технологических процессов представленных на рисунке 2.1.

О САДОК

Рисунок 2.1 – Типовые процессы, применяемые для обработки осадков производственных сточных вод
Стадия уплотнения осадков является, как правило, неотъемлемой частью любой технологической схемы их обработки.

Стабилизация производится с целью предотвращения загнивания осадков для облегчения их захоронения или утилизации. Сущность стабилизации осадков заключается в изменении их физико-химических характеристик, при которых происходит подавление жизнедеятельности гнилостных бактерий.

Кондиционирование – прием, которым обеспечивается наилучшее обезвоживание осадков и которым в большинстве случаев заканчивается их обработка. С помощью кондиционирования увеличивают водоотдающие свойства осадков путем изменения их структуры и форм связи воды.

Обезвоживание осадков осуществляется в условиях естественных и искусственных. Заключительным этапом обезвоживания осадков является их термическая сушка.

Утилизация осадков сточных вод промышленных предприятий предназначена для извлечения и использования ценных веществ.

Ликвидацию малозольных осадков применяют в тех случаях, когда утилизация их невозможна или экономически нецелесообразна, а также с целью их обезвреживания и уменьшения объема, если в них содержатся токсичные примеси.

2.2.1 Уплотнение осадков

Для уплотнения используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы.

Гравитационный метод уплотнения является наиболее распрост­раненным и применяется для уплотнения избыточного активного ила и сброженных осадков. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или ра­диальные отстойники. Наибольшее распространение получили илоуплотнители радиального типа, так как в них активный ил получа­ется более высокой концентрации при меньшей длительности уплот­нения.

Гравитационное уплотнение не эффективно: наблюдается высо­кая концентрация взвешенных веществ в отделяемой воде и большая влажность уплотненных осадков, что удорожает последующую их обработку. Для интенсификации процесса используют: коагулирование осадков, например, обрабатывают осадок хлорным железом; пе­ремешивание с помощью стержневых мешалок; совместное уплот­нение различных видов осадков, например, совместное уплотнение сырого осадка из первичного отстойника и активного ила; термогравитационный метод, который основан на нагревании иловой жидко­сти. При этом гидратная оболочка вокруг частиц активного ила раз­рушается, часть связанной воды переходит в свободную, и процесс уплотнения улучшается. Оптимальная температура нагрева 80-90°С.

Флотационный метод уплотнения осадков основан на прилипа­нии частиц активного ила к пузырькам воздуха и всплывании вмес­те с ними на поверхность. Для образования пузырьков воздуха мо­жет быть использован метод напорной флотации, вакуум-флотации, электрофлотации и биологической флотации (за счет развития и жиз­недеятельности микроорганизмов при подогреве осадка до 35-55°С). Достоинства метода состоят в сокращении продолжительности про­цесса ,более высокой степени уплотнения и, главное, в возможности регулировать путем оперативного изменения параметров.

Наибольшее распространение на практике получила напорная флотация. При напорной флотации применяют непосредственное насыщение уплотняемой суспензии воздухом или же используют рабочую жидкость, давление воздуха 0,4 МПа. Когда во флотационном резервуаре снимается давление, выделяющиеся пузырьки воздуха флотируют твердые частицы остатка и увлекают их на поверхность. Образовавшаяся пена непрерывно или периодически удаляется. При флотационном способе скорость уплотнения осадков в 10-15 раз больше, чем при гравитационном.

Сгущение активного ила проводят в гидроциклонах, центрифугах и сепараторах. Процессы протекают в поле центробежных сил при высоких скоростях разделения /16/.

2.2.2 Стабилизация осадков биологическими методами

Этот процесс проводят для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества на диок­сид углерода, метан и воду. Стабилизацию ведут при помощи микро­организмов в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных усло­виях проводится сбраживание в септиках, двухъярусных отстойни­ках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. Септики и отстой­ники используют на установках небольшой производительности. Наиболее широкое распространение получили метантенки.

Аэробная стабилизация заключается в продолжитель­ной обработке ила в аэроционных сооружениях с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. В результате та­кой обработки происходит распад (окисление) основной части биоразлагаемых органических веществ (до С0₂, Н₂О и NH₃). Оставшие­ся органические вещества становятся неспособными к загниванию, т. е. стабилизируются. Расход кислорода на процесс стабилизации приблизительно равен 0,7 кг/кг органического вещества.

Аэробную стабилизацию можно проводить и для смеси осадков из первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффектив­ность процесса аэробной стабилизации зависит от его продолжитель­ности, интенсивности аэрации, температуры, состава и свойств окис­ляемого осадка. Аэробная стабилизация отличается простотой, устойчивостью, взрывобезопасностью, низкой строительной стоимостью, обеспечивает образование биологически стабильного и лишенного запаха конечного продукта, частичное сохранение в осадках полезных для удобрения почвы свойств. Недостаток: высокие энергетические затраты на аэрацию, малоэффективная работа в холодное время года.

Компостирование – это экзотермический процесс биологического окисления. Метод компостирования заключается в смешении осадка с заранее приготовленным компостом, имеющим низкую влажность с последующей аэрацией в течении 21 суток. Метод прост в эксплуатации, не требует больших капитальных затрат, достигается не только стабилизация, но и обеззараживание, так как в результате биологических процессов разложения органических веществ температура внутри компостных куч поднимается до 50-70 и удерживается на этом уровне 15-20 суток /14/.

Проблема обработки и утилизации осадков сточных вод в течение последних десятилетий остается весьма актуальной не только в РФ, но и во всем мире. Практическая задача в этом случае заключается в том, чтобы не только уменьшить объемы образующихся осадков, но и найти относительно недорогие пути их использования. Основной трудностью, препятствующей использованию осадков сточных вод, является, как правило, повышенное содержание в них тяжелых металлов, нефтепродуктов и других токсикантов.

Одним из путей обезвреживания осадков сточных вод, в частности от нефтепродуктов является смешение их с биомассой нефтеокисляющих микроорганизмов. Такая технология обезвреживания осадков сточных вод апробирована многими разработчиками, но по-прежнему остается ряд нерешенных вопросов, а именно, большая стоимость биомассы нефтеокисляющих микроорганизмов и слабая адаптированность последних к сопутствующим токсикантам, в том числе к тяжелым металлам.

Сотрудники Государственного НИИ биосинтеза белковых веществ Ксенофонтов Б. С., Дулина Л. А. предложили использовать в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов адаптированный к повышенным концентрациям нефтепродуктов активный ил /19/.

Добавление к осадку сточных вод нативного активного ила в количестве примерно от 0,3 до 1,5% АСВ по отношению к сухой массе осадка и при дальнейшем неинтенсивном перемешивании позволяет примерно в течение 1-2 недель уменьшить содержание нефтепродуктов в осадке до 8-17% от их исходного содержания.

Указанные выше способы имеют существенные недостатки, связанные с тем, что часть микроорганизмов в распыляемом биопрепарате могут быть уже мертвыми, а живые микроорганизмы, попадая в почву, осуществляют свою жизнедеятельность в неоптимальных условиях, что связано как с несбалансированностью питательных веществ, так с неоптимальным содержанием влаги в почве.

Для устранения указанных недостатков авторами разработан способ получения биопрепаратов в местах их использования. В этом случае препарат не высушивается, а используется в виде суспензии. При этом содержание мертвых клеток в препарате резко уменьшается из-за отсутствия стадии сушки, столь необходимой в известных способах. Кроме того, предлагаемый способ включает создание более благоприятных условий для культивирования микроорганизмов по сравнению с естественными условиями.

С этой целью в загрязненную почву в летнее время года вносятся наряду с микроорганизмами и необходимые для их жизнедеятельности вещества, которые отсутствуют или находятся в незначительной концентрации на данном участке почвы. При этом почву периодически поливают и рыхлят для поддержания в ней необходимого содержания влаги и воздуха /20/.

2.2.3 Кондиционирование осадков

К методам кондиционирования осадков относят: реагентную обработку, тепловую обработку, жидкофазное окисление, замораживание и оттаивание.

При реагентной обработке осадка происходит коагуляция — про­цесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц. Образова­ние при этом крупных хлопьев с разрывом сольвентных оболочек и изменением форм связи воды способствует изменению структуры осадка и улучшению его водоотдающих свойств. В качестве коагу­лянтов используют соли железа, алюминия и известь. Эти соли вводят в осадок в виде 10%-х раство­ров. Могут быть также использованы отходы, содержащие A1₂(S0₄)₃ и др. Наиболее эффективным является применение хлор­ного железа совместно с известью. Доза хлорного железа составляет 5-8%, извести 15-30% (от массы сухого вещества осадка). Недостат­ком реагентной обработки является высокая стоимость, повышенная коррозия материалов, сложность транспортирования, хранения и дозирования реагентов /21/.

Интересный опыт применения реагентов представлен в докладе Волынкиной Е.П. (НП «Экологический региональный центр г. Новокузнецк) /22/.

В г. Новокузнецке завершен комплекс исследований методов обезвреживания ОСВ и их использования для рекультивации промышленных отвалов. Рекультивация отвалов путем покрытия их поверхности ОСВ позволит одновременно решить две острые экологические проблемы промышленных регионов - обезвредить нарушенные земли и отходы от очистки сточных вод.

В результате проведенных лабораторных экспериментов найдены эффективные обезвреживающие реагенты, в частности пыль цеха обжига известняка, содержащая активный оксид кальция и окалина блюминга, содержащая оксиды трехвалентного железа. В результате взаимодействия реагентов с токсичными соединениями обеспечивался их перевод в безопасную нерастворимую форму, что привело к снижению содержания в ОСВ водорастворимых соединений цинка на 75-85%, свинца - на 47-93%, меди - на 77%, фтора - до 75%.

Проведенные промышленные эксперименты показали, что обработка ОСВ известковой пылью позволяет также снизить содержание водорастворимых соединений марганца в 59 раз, мышьяка - в 3,6 раза и приводит к повышению барьерной функции ОСВ по отношению к бактериальной флоре и гельминтологическим загрязнениям.

На основании полученных результатов сделано предположение о том, что при перемешивании ОСВ с отходами горнометаллургических предприятий, содержащих активные соединения кальция или железа, также может быть достигнут обезвреживающий эффект.

В течение 5 лет на двух крупнейших промышленных отвалах - хвостохранилище Абагурской обогатительно-агломерационной фабрики и шламохранилище Западно-Сибирского металлургического комбината - исследовалась возможность нейтрализации ОСВ заскладированными отходами и обезвреживания отвалов покрытием их поверхности слоем ОСВ.

Полученные результаты показали, что в результате взаимодействия ОСВ с хвостами обогащения железных руд обеспечивается снижение содержания водорастворимых и подвижных форм тяжелых металлов (цинк, свинец, медь, никель, кобальт, стронций), а также лития, марганца, смол, формальдегида в 2-12 раз при одновременном гельминтологическом обезвреживании. При размещении ОСВ на шламохранилище, где складировались сталеплавильные шлаки и порода углеобогащения, установлено снижения уровня загрязнения токсичными соединениями (ртуть, ванадий, олово, марганец, мышьяк, свинец) не только ОСВ, но и их смесей с заскладированными отходами в 2-4 раза.

В то же время проведенные эксперименты показали, что смеси отходов с ОСВ способствуют созданию благоприятных условий для формирования активной почвенной структуры и фитоценоза на поверхности рекультивируемых отвалов вследствие повышения плотности сложения, водоудерживающей способности, содержания биогенных веществ, способности к самозарастанию. Рекультивированные участки в течение первого года полностью покрывались растительностью на фоне окружающей техногенной пустыни в условиях неблагоприятного климатического и техногенного воздействия. Последующие наблюдения в течение 5 лет показали устойчивость фитоценоза и развитие почвообразования на рекультивируемой территории.

Один из способов тепловой обработки — нагревание осадка в автоклавах до 170-200°С в течение 1ч. За это время разрушается кол­лоидная структура осадка, часть его переходит в раствор, а осталь­ная часть хорошо уплотняется и фильтруется. Степень распада орга­нического вещества зависит от вида осадка и температуры.

Достоинства метода: осадок не загрязняется реагентами, непрерывен процесс, осуществляется кондиционирование и стерилизация осадка, компактна установка. Недостаток — слож­ность эксплуатации установки, трудности при очистке надиловой воды /23/.

Метод замораживания и оттаивания имеет ограниченное при­менение. Его сущность заключается в том, что при замораживании часть связанной влаги переходит в свободную, происходит коагуля­ция твердых частиц осадка и снижается его удельное сопротивле­ние. При оттаивании осадки образуют зернистую структуру; их вла­гоотдача повышается. После оттаивания осадок уплотняют, а затем подсушивают.

Сущность метода жидкофазного окисления заключается в окис­лении органической части осадка кислородом воздуха при высокой температуре и высоком давлении /16/.

2.2.4 Обезвоживание осадков

Осадки обезвоживают на иловых пло­щадках и механическим способом.

Наиболее простым способом удаления влаги из осадка с последующим его подсушиванием является жидкий розлив по спланированным участкам. Технология эксплуатации иловых площадок заключается в равномерном периодическом напуске сброженного или стабилизированного осадка на рабочую площадь, своевременном отводе иловой воды с площадок и ускорении подсушки осадков разрушением образующейся на их поверхности корки. Обезвоживание осадков на иловых площадках не всегда представляется возможным и во многом зависит от места расположения очистных сооружений и климатических условий, создает опасность загрязнения воздушного бассейна, грунтовых и поверхностных вод /24/.

Механическое обезвоживание осадковпроводят на вакуум-филь­трах (барабанных, дисковых, ленточных), листовых фильтрах, фильтр-прессах, центрифугах и виброфильтрах.

На вакуум-фильтрах из осадков может быть удалено в среднем 80%, на дисковых — 90%, а на фильтр-прессах — 98% общего коли­чества механически связанной воды. Производительность вакуум-фильтров наиболее высокая, на них можно обрабатывать практически любые виды осадков. Выбор конструкции фильтра зависит от технико-экономических показателей процесса, от условий последующего использования или дальнейшей обработки.

Достоинством метода центрифугирования является простота, экономичность и управляемость процессом. После обработки на центрифугах получают осадки низкой влажности.

Для эффективного обезвоживания осадков их предварительно об­рабатывают химическими реагентами (СаО, FеС1₃). Дозу реагента определяют экспериментально в зависимости от удельного сопротив­ления осадка: чем оно выше, тем больше реагента требуется для сни­жения удельного сопротивления осадка /25/.

2.2.5 Пастеризация

Этот способ используется в основном в Швейцарии и ФРГ для предупреждения распространения Salmonellaпри внесении ила на поля. Необходимым условием является нагревание ила до 70°C и выдерживание его при этой температуре в течение 30 мин. Конструкции аппаратов для этого процесса и условия их эксплуатации детально обсуждены в работах Хубера и Михалифи. Реакторы могут работать как в периодическом, так и в непрерывном режиме, нагрев обычно осуществляется несколькими последовательно расположенными теплообменниками. Теплообменники также используются для охлаждения после окончания пастеризации. Это снижает стои­мость процесса и позволяет охладить ил до температуры мезофильного анаэробного сбраживания.

Использование сбраживания после пастеризации необходимо для предотвращения повторного роста энтеробактерий. По опыту, накопленному в Швейцарии, пастеризация позволяет достичь вполне приемлемого уровня—100 клеток энтеробактерий/г. Кроме того, яйца гельминтов при этом те­ряют жизнеспособность.

Альтернативный подход развивается в Великобритании и ФРГ. Он основан на сжигании биогаза в иле с помощью погруженных горелок. Эксплуатационные ус­ловия в таком реакторе позволяют достичь температуры 55 ^СС в течение 3 ч.

2.2.6 Радиационная обработка

Использование радиационной обработки для стерилизации не является в настоящее время чем-то необычным (например, стерилизация продуктов питания, медицинского оборудования). Поэтому совершенно логично было исследовать возможности радиационной обработки для получения ила со значительно сни­женным содержанием патогенных и паразитических организмов. С промышленной точки зрения это означает использование ра­диоизотопных источников (кобальта-60, цезия-137) и электрон­ных ускорителей. В настоящее время одинаково доступны как ускорители, так и установки, использующие кобальт-бб. Однако применение установок, использующих цезий-137, следует рассмат­ривать как дело будущего, хотя уже существует промышленная установка для дезинфекции ила, основанная на применении цезия-137, в Альбукерке, Нью-Мексико, и еще несколько опыт­ных установок в других городах США. В табл. 2.2 представлены основные характе­ристики применяемых для этого типов излучения.
Таблица 2.2 - Методы радиационной обработки

Метод	Излучение	Энергия, МэВ	Период полу­распада, годы
Со-60 Cs-137 Электронный пучок	γ- γ- β-	1,17 и 1.33 0.66 1,55	5,27 30 -

Сопоставляя стоимость трех ме­тодов радиационной обработки и можно сказать, что с точки зрения экономичности использование цезия-137 имеет существенные преимущества. Однако на стоимость будут также влиять доза, тип ила и производительность установки. Выбор, таким обра­зом, зависит от многих факторов, но по стоимости этот метод сопоставим с пастеризацией. Некоторое преимущество радиа­ционной обработки состоит в лучшей осаждаемости и более низ­кой концентрации БПК в иловых жидкостях.

При воздействии излучения на осадки сточных вод процесс обезвоживания значительно облегчается. Результаты исследований показали, что облученные осадки ока­зывают примерно такое же положительное воздействие на удобрения, вносимые в почву, и растения, что и необработанные осадки.

Таким образом, радиационная обработка является, безуслов­но, перспективным способом дезинфекции ила. В Великобритании она не считается необходимой, а в странах Общего рынка и США, где принято проводить такую дезинфек­цию, радиационную обработку ила применяют чаще других спо­собов (что также связано с выгодным использованием побочного продукта — цезия-137). Этому вопросу посвящено множество ра­бот, выполненных в этих странах, а также Канаде и Японии /26/.

2.2.7 Термообработка

В этом процессе используются гораздо более жесткие условия, чем при пастеризации, — как правило, высокое давление и тем­пература около 200 °С. Основными целями термообработки яв­ляются улучшение свойств ила перед обезвоживанием и полу­чение стабильных и инертных твердых частиц. Этот процесс может значительно улучшить свойства ила. Термообработка может снижать удельное сопротивле­ние фильтрования от 10¹⁴ до 10¹¹ м/кг для активного и от 10¹² до 0,5-10¹¹ м/кг для сброженного ила. Однако ни­чего не сообщается о проведении каких-либо бактериологических исследований в термообработанном иле, так как условия термо­обработки таковы, что подвергшийся ей ил должен быть сте­рильным. Процесс термообработки не пользуется большой популяр­ностью в Великобритании, однако применяется во Франции и ФРГ.

Основной проблемой при термообработке является концен­трация обрабатываемых жидкостей. Она может достигать 25000 мг/л по ХПК, и необходимо делать соответствующие по­правки при проектировании основной стадии биоокисления. Однако следует учитывать, что способность стоков к биодегра­дации после термообработки невелика и поэтому в них после очистки будет оставаться органический углерод /26/.

Сушку осадков про­изводят в случае их подготовки к рекуперации. Для сушки применя­ют конвективные сушилки: барабанные, со встречными струями, с кипящим слоем, распылительные. В качестве сушильного реагента используют топочные газы, перегретый пар или горячий воздух. Наи­более часто применяют дымовые газы при 500-800°С. Широкое рас­пространение для термической сушки обезвоженных осадков сточ­ных вод получили барабанные сушилки .

Основными недостатками барабанных сушилок являются их гро­моздкость, большая металлоемкость и высокие капитальные и эксп­луатационные затраты. В последнее время начали использовать су­шилки со встречными струями. Распылительные сушилки применяют для сушки очень влажных осадков.

Эффективная установка по обезвреживанию осадков разработана специалистами Московского энергетического института, она прекрасно зарекомендовала себя в эксплуатации и не имеет аналогов в мире /27/. Технологическая схема установки следующая. Осадки сточных вод после механического обезвоживания до влажности 70% поступают в сушильную камеру, где в качестве сушильного агента используется парогазовая смесь в замкнутом контуре (сушилка-рекуператор).

Избыток парогазовой смеси направляется в камеру на термическое; при этом предотвращается загрязнение окружающей среды продуктами разложения органических веществ.

Процесс сжигания ОСВ осуществляется в циклонном реакторе с жидким шлакоудалением. Это позволяет полностью нейтрализовать тяжелые металлы, содержащиеся в ОСВ, путем остеклования их методом плавления, с получением стеклогравия, инертного к окружающей среде.

Процесс термического обезвреживания проводится без использования топлива, которое необходимо только для запуска установки.

Циклонные реакторы используются для сжигания осадков сточных вод, содержащих любые типы и концентрации органических веществ (кислоты, фенолы, альдегиды, смолы, спирты, полимеры, S, Cl, P, N - соединения и др.) и минеральные соединения.

Экологические характеристики технологического процесса соответствуют нормам западноевропейских стран.

Концентрации в уходящих дымовых газах, мг/куб.м:

- пыль - менее 10

- SO2 - менее 50

- HCl - менее 10

- HF - менее 1

- CO менее - 50

- C_орг. - менее 10

- NOx - менее 200

- диоксины и фуран - не более 0,1 нг/м³

Термическая сушка может являться заключительным этапом обработки осадка или этапом подготовки осадка к ликвидации.

2.2.8 Сжигание осадков

Сжигание осадков производят в тех случаях, когда их утилизация невозможна или нецелесообразна, а также, если отсут­ствуют условия для их складирования. При сжигании объем осадков уменьшается в 80-100 раз. Дымовые газы содержат СО₂ , пары воды и другие компоненты. Перед сжиганием надо стремиться к уменьше­нию влажности осадка. Теплотворная способность осадков разная. Активный ил имеет теплоту сгорания 15-19 МДж на 1кг сухого ве­щества. Необходимо учитывать также токсичность осадков.

Процесс сжигания осадков можно разделить на следующие ста­дии: нагревание, сушка, отгонка летучих веществ, сжигание горю­чей органической части и прокаливание для выгорания остатков уг­лерода. На нагревание остатка, а затем его сушку расходуется основ­ное количество тепла и основное время. Осадки сжигают в печах кипящего слоя, многоподовых, барабанных, циклонных и распыли­тельных.

Печи кипящего слоя из-за их конструктивных недостатков, несовершенства систем контроля и автоматики и высокой стоимости процесса не находят широкого применения.

Многоподовые печиотличаются простотой обслуживания и устойчивостью работы при колебаниях количества и качества обрабатываемых осадков, небольшим уносом пыли.

Достоинством барабанных печей является небольшая запыленность отходящих газов, возможность сжигать осадки с большой зольностью и влажностью.

Циклонные и распылительныепечи применяют для сжигания в распыленном состоянии жидких или мелкодисперсных твердых осад­ков. Эти печи пока не получили широкого распространения /16/.

Тюменским государственным нефтегазовым университетом изучалась эффективность сжигания органических осадков на установках с использованием техники псевдоожижения, нашедшей широкое применение в различных областях промышленной технологии /28/. Данный метод позволяет интенсифицировать технологический процесс сжигания осадка при компактности самого агрегата и при использовании эффективного газоочистного оборудования отвечает современным стандартам по загрязнению воздушного бассейна.

Исследования проводились в двух опытных реакторах диаметром 300 и 500 мм с осадками бытовых сточных вод. Определено влияние на процесс термообработки степени расширения слоя инертной загрузки, эквивалентного диаметра частиц кварцевого песка, содержание сухого вещества и органической части.

Сжигание целесообразно в тех случаях, когда невозможно или неэкономично использовать осадки в качестве органического удобрения; в условиях Крайнего Севера и в курортных зонах; при незначительном содержании в них питательных веществ - соединений азота, фосфора, калия и микроэлементов; при наличии в них токсичных веществ, например, ионов тяжелых металлов.

Перспективно совместное использование электрообработки органических отходов с последующей термообработкой в печах псевдоожиженого слоя.
2.3 Основные направления утилизации осадков сточных вод

В современных планах социального и научно-технического развития обращается особое внимание на рациональное исполь­зование всех ресурсов страны.

В отношении использования осадков сточных вод в настоящее время возможности значительно расширились. Это позво­ляет сделать поворот к их утилизации и поиску новых направлений по наиболее полному ис­пользованию осадков.

2.3.1 Почвенное размещение осадков

К почвенному размещению относят: использование в качестве удобрения под различные культуры; восстановление плодородия земель; рекультивация нарушенных земель; размещение на полигонах; хранение на иловых площадках. В большинстве стран до последнего времени почвенным методам размещения отдавалось неоспоримое предпочтение. Так в США и Германии с использованием этих методов к 2003году размещалось свыше 60% осадка, в Дании – 70%, в Польше и Швеции – до 80%, при этом преобладало использование осадка в сельском хозяйстве.

Известно, что осадок городских сточных вод для многих сельскохозяйственных культур является прекрасным удобрением, по содержанию азота, фосфора и углерода не уступающим навозу и другим органическим удобрениям. Вместе с тем в осадке всегда присутствуют соли тяжелых металлов, некоторые токсичные органические загрязнители и микроорганизмы, что требует тщательной оценки по нормируемым химическим и санитарным показателям. Такая оценка должна осуществляться в рамках сертификационных испытаний /29/.

Осадок, систематически вносимый в качестве удобрения, приводит к улучшению ее агрохимических, биологических, физических и химических свойств, повышению плодородия за счет обогащения гумусом, улучшению ее водного и воздушного обмена и т. д. В последние годы в результате антропогенного влияния произошло существенное снижение плодородия почв на огромных территориях России, поэтому особенно перспективно внесение осадка для восстановления плодородия почв (без связи этой технологии с выращиванием кормов и продуктов питания).

Осадок может вносится в почву в жидком, обезвоженном и высушенном состоянии. При длительном хранении на открытых площадках, что обусловлено сезонностью применения удобрений и климатическими факторами, осадок разжижается и теряет азот. По санитарным показателям осадки, не подвергнутые обработке специальными методами (термофильному сбраживанию, обработке известью, аммиаком и длительной выдержке на площадках), не соответствуют нормативным требованиям, в них наблюдается превышение показателей БГКП, обнаруживаются патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов. По этому до внесения в почву осадок должен быть подготовлен в целях его обеззараживания, улучшения физико-механических свойств, придания товарного вида, для чего применяются такие методы, как компостирование, известкование, производство почвогрунтов и др.

Компостирование осадка в смеси с органическими наполнителями (торфом, опилками, корой, сельскохозяйственными растительными отходами, готовым компостом, гидролизным лигнином, ТБО) является биотермическим процессом разложения органического вещества и испарения влаги, в результате которого происходит уменьшение общей массы на 35-40%, снижение влажности до 55-65%, сокращение содержания органического вещества на 20-30% и улучшение физико-химических свойств компостируемой массы.

В процессе компостирования в условиях достаточного доступа воздуха в результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит повышение температуры компостируемой массы до 50-70 С, что обеспечивает обеззараживание осадка. Совместное компостирование жидких или уплотненных ОСВ с ТБО открывает новые возможности для утилизации крупнотоннажных отходов. Здесь более полно используются ценные качества осадков (органические вещества, белковые соединения, витамины, аминокислоты), которые обогащают ТБО и улучшают качество смеси как удобрения.

Весьма перспективным направлением является использование стабилизированного, обеззараженного и механически обезвоженного осадка в смеси с торфом и песком в виде почвогрунтов. Составляющие компоненты обеспечивают высокую питательную ценность почвогрунта, его пористую структуру, высокую влагоемкость и сыпучесть. Наилучшее использование почвогрунтов – в качестве равноценного заменителя природной земли при выращивании в питомниках саженцев лесных, садовых и декоративных культур, при проведении работ по благоустройству и озеленению.

Среди актуальных для нашей страны социально-экологических задач, в решении которых существенная роль может быть отведена осадкам сточных вод, - рекультивация нарушенных земель. Основным направлением рекультивации отработанных карьеров является организация на их основе полигонов с использованием некоторых строительных материалов в смеси с осадками в качестве материалов, заполняющих выработанное пространство /30/.