Методы и сооружения для очистки промышленных сточных вод содержание стр
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
часть коридоров аэротенка. Существуют различные классификации (схемы работы) аэротенков (рис. 42): аэротенки- вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным выпуском сточной жидкости (про- межуточного типа). В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его, то есть поступающие стоки вместе с активным илом двигаются в аэротенке в поршневом вытеснительном режиме. В аэротенках-смесителях сточная вода и ил подводятся и отводятся равномерно вдоль длин- ных сторон сооружения и перемешиваются почти со всем объемом воды сооружения. В аэротенках про- межуточного типа можно рассредоточенно подать либо воду (обычно применяется на практике), либо ил с отводом смеси сосредоточенно в конце аэротенка. Аэротенк-смеситель применяют обычно для очистки производственных сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнений, а также при резких колебаниях концентрации загрязняющих веществ в сточной воде. Время пребывания сточных вод в аэротенках составляет 8 – 10 ч. Рис.42. Схемы работы аэротенков а – вытеснители; б – смесители; в – с рассредоточенным впуском воды; I – сточная вода; II – активный ил; III – иловая смесь; 1 – аэротенк Заключительным этапом обработки городских сточных вод является их обеззараживание. В качестве обеззараживающего агента чаще всего используют хлор, как газообразный, так и в виде хлорной из- вести. Однако у метода хлорирования сточных вод есть серьезные гигиенические и экологические огра- ничения. При хлорировании в сточной воде образуются стойкие хлорорганические соединения в ток- сичных для биоты водного объекта и человека концентрациях, поэтому необходимо большое разбав- ление при спуске в водный объект. Немаловажна и высокая взрывоопасность складов жидкого хлора. В последние годы в практику обеззараживания сточных вод успешно внедряется метод ультрафиолето- вого облучения. В регионах с высокой плотностью населения и при малой мощности водных объектов – приемников сточных вод традиционные схемы очистки городских сточных вод не могут обеспечить должного ги- гиенического эффекта главным образом из-за того, что даже биологически очищенные воды содержат большое количество биогенных элементов – фосфора, калия и азота. Традиционные методы очистки городских сточных вод не освобождают их от синтетических органических веществ, порой вредных и опасных с токсикологической точки зрения. Совокупность дополнительных методов обработки сточ- ных вод получила название доочистки. Это комплекс методов и приемов, выходящих за пределы эта- пов механической и биологической очистки, направленный на достижение нормативного качества вос- становленной воды. 7. Обработка и утилизация осадков бытовых и производственных сточных вод 7.1. Общие сведения об осадках сточных вод Осадки сточных вод – это суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической (реагентной) очистки. Обезвреживание осадков сточных вод является острой проблемой крупных городов. По сравне- нию с очисткой сточных вод обработка осадков представляет значительно большую технологиче- скую и экологическую сложность. Операции по обработке и утилизации осадков сточных вод за- труднены из-за их различного состава и высокой влажности. Осадки сточных вод можно классифицировать следующим образом: - грубые примеси (отбросы), задерживаемые решетками; - тяжелые примеси (песок), задерживаемые песколовками; - плавающие примеси (или жировые вещества), всплывающие в отстойниках; - сырой осадок, задерживаемый первичными отстойниками; - активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках (после сооружений биологической очи- стки); - осадок, анаэробно сброженный в метантенках, осветлителях-перегнивателях или двухярусных отстойниках. Объем осадков обычно составляет 0,5 – 1% (в редких случаях до 40%) объема обрабатываемых сточных вод в зависимости от схемы очистки и влажности осадка. Влажность осадков колеблется от 85% (предприятия стройиндустрии) до 99,5% (активный ил сооружений биологической очистки). Химический состав сухого вещества осадков колеблется в широких пределах. Осадок городских сточных вод содержит ценные компоненты: углерод, азот, фосфор, калий и другие элементы. Ос- новную часть осадков из первичных отстойников представляют органические вещества. Они содер- жат большое количество микроорганизмов, в том числе патогенных. Осадки и шламы производст- венных сточных вод в основном состоят из минеральных веществ, они могут содержать канцеро- генные и токсичные вещества, в том числе ионы тяжелых металлов. В сыром виде осадок издает неприятный запах, опасен в санитарном отношении и непригоден для перевозки. Перед утилизацией осадок подвергается предварительной обработке в целях: - уменьшения влажности и объема осадка, неприятного запаха; - уменьшения количества патогенных микроорганизмов и вредных веществ; - снижения затрат на транспортировку. В осадках сточных вод содержится свободная и связанная вода. Свободная вода (60 – 65%) срав- нительно легко может быть удалена из осадка, связанная вода (30 – 35%) – коллоидно-связанная и гигроскопическая – гораздо труднее. 7.2. Методы обработки осадков сточных вод Для обработки осадков сточных вод применяют следующие методы. 7.2.1. Уплотнение Уплотнение (сгущение) связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении удаляется в среднем 60% влаги, мас- са осадка при этом сокращается в 2,5 раза. Наиболее трудно уплотняется активный ил. Для уплотне- ния применяют следующие методы. а) Гравитационный метод является наиболее распространенным, применяется для избыточного активного ила и сброженных осадков. Метод основан на оседании частиц дисперсной фазы. В каче- стве илоуплотнителей применяются вертикальные и радиальные отстойники. Метод сам по себе малоэффективен, поэтому для интенсификации процесса применяют: - коагулирование (с помощью хлорного железа); - перемешивание ( с помощью стержневых мешалок); - совместное уплотнение различных видов осадков; - термогравитационный метод (нагревание осадка до 80 – 90 о С). б) Флотационный метод основан на прилипании частиц активного ила к пузырькам воздуха и всплывании вместе с ними на поверхность (осадки предварительно смешивают с водой). Всплывшие частицы удаляются с помощью скребкового транспортера, на дне камеры устанавливается второй транспортер для удаления выпавшего осадка. в) Центробежный способ осуществляется в гидроциклонах, центрифугах, сепараторах различных конструкций. г) Вибрационный метод. д) Фильтрационный метод. 7.2.2. Стабилизация Стабилизация осадков проводится с использованием микроорганизмов двумя способами. а) Анаэробное (метановое) сбраживание проводится в септиках, двухярусных отстойниках, освет- лителях-перегнивателях и метантенках. Наибольшее распространение получили метантенки (рис. 43). Метантенк конструктивно представляет собой железобетонный или стальной вертикальный ре- зервуар цилиндрической формы, диаметром от 10 до 24 м, с герметичным перекрытием и кониче- ским днищем. В метантенках обычно сбраживают сырой осадок из первичных отстойников. Для ус- корения процесса брожения применяется подогрев ила при двух температурных режимах: - мезофильном (до 30 – 35 о С); - термофильном (50 – 55 о С). Рис. 43. Схема метантенка 1 – трубопровод для подачи осадка в метантенк; 2 – трубопроводы для выпуска сброженного осадка; 3 - устройство для выпуска газа из метентенка; 4 – устройство с мешалкой для перемешивания бро- дящей массы осадка; 5 – трубопровод для подвода теплоносителя Различают метантенки открытого и закрытого типов (последние – с жестким или плавающим пе- рекрытием). В сооружении с неподвижным жестким перекрытием (рис. 44) уровень бродящей массы поддерживается выше основания горловины, так как в этом случае зеркало массы мало, велика ин- тенсивность отвода газов и не образуется корка. Для ускорения процесса массу перемешивают и по- догревают до 30 – 40 о С (при мезофильном сбраживании) острым паром низкого давления (0,2 – 0,46 МПа). Пар подают через инжектор, рабочей жидкостью в котором является сама сбраживаемая мас- са. Основная циркуляция в метантенке осуществляется пропеллерной мешалкой. Рис. 44. Метантенк 1 – газовый колпак для сбора газа; 2 – газопровод от газового колпака; 3 – пропеллерная мешалка; 4 – трубопровод для загрузки (сырого осадка и активного ила); 5 – трубопроводы для удаления иловой воды или выгрузки сброженного осадка с разных уровней; 6 – инжектор подачи острого пара для подогрева содержимого метантенка и перемешивания; 7 – трубопровод выгрузки суспензии твердофазных продуктов сбраживания (например, сброженного осадка); 8 – циркуляционная труба; 9 - трубопровод для опорожнения метентенка Метантенки и газгольдеры для сбора выделяющихся газов (65% метана и 33% диоксида углерода) – взрывоопасные сооружения, поэтому их располагают обычно на расстоянии не менее 40 м от дру- гих объектов. Время обработки составляет 10 – 20 суток, однако путем изменения параметров процесса его можно снизить до 4 – 7 суток. В процессе анаэробного сбраживания осадков образуется биогаз, который отводится из метантен- ка через специальное устройство, накапливается в газгольдерах, а затем применяется для бытовых и промышленных целей. Его можно направлять в котельные очистных сооружений для сжигания в ка- честве топлива. б) Аэробная стабилизация осадков – это процесс окисления органических веществ аэробными микроорганизмами в присутствии кислорода воздуха. Метод применяется для активного ила или смеси осадков из первичных отстойников и активного ила. Для аэробной стабилизации осадков мо- гут применяться любые емкостные сооружения (переоборудованные отстойники, аэротенки). Осад- ки в течение нескольких суток аэрируют воздухом. 7.2.3. Кондиционирование Кондиционирование осадков – это предварительная подготовка их перед обезвоживанием. Це- лью кондиционирования является улучшение водоотталкивающих свойств осадков путем изменения их структуры и форм связи воды. Кондиционирование осуществляется следующими способами. а) Реагентная обработка коагулянтами (сернокислым алюминием, хлорным железом, известью) и флокулянтами (используется ПАА – полиакриламид). К недостаткам метода относятся: - высокая стоимость; - повышенная коррозия материалов; - сложность транспортирования, хранения и дозирования реагентов. б) Тепловая обработка применяется для осадков городских и промышленных сточных вод с зольностью 30 – 40%. Осадки нагревают в автоклавах острым паром до температуры 170 – 200 о С при давлении 2 – 2,5 МПа в течение 1 ч. При этом происходит резкое изменение структуры осадка, около 40% сухого вещества переходит в раствор, а остальная часть приобретает хорошие водооттал- кивающие свойства. Осадок интенсивно уплотняется до влажности 92 – 94%, его объем составляет 20 – 3-% первоначального. Недостаток метода – сложность эксплуатации установки. в) Замораживание и оттаивание проводится при температуре от -5 до -10 о С в течение 50 – 120 минут. В резервуары с осадком подают жидкий аммиак, который, испаряясь в трубах, замораживает осадок. При замораживании часть связанной влаги переходит в свободную, при последующем от- таивании осадки образуют зернистую структуру, их влагоотдача повышается. В отечественной прак- тике метод не получил широкого распространения из-за высокой стоимости. г) Жидкофазное окисление органической части осадков кислородом воздуха при температуре 200 – 300 о С и давлении в несколько десятков мегапаскалей. Процесс осуществляется в специальных реакторах. При этом ХПК осадков снижается на 50 – 70%. 7.2.4. Обезвоживание Обезвоживание осадков – процесс снижения влаги до 70 – 80%. Различают два вида обезвожи- вания. а) Обезвоживание на иловых площадках, которые представляют собой участки земли (карты) глубиной 0,7 – 1 м, окруженные со всех сторон земляными валиками и оборудованные системой дренажа. Их устраивают на естественном или искусственном основании. Часто используют песча- ное основание, при этом слой песка является первичным дренирующим материалом. Ил напускается слоями толщиной 0,2 – 0,25 м. Осадок теряет влагу за счет испарения, большая часть влаги фильтру- ется через грунт. Дренажная система иловых площадок обычно включает: - верхний слой песка высотой 15 – 23 см; - нижний слой гравия высотой 20 – 46 см. Дренажные трубы используют керамические или пластмассовые. Иловую воду после уплотнения направляют на очистные сооружения. К недостаткам способа относятся: - необходимость отторжения значительных площадей; - вредные выделения в атмосферу; - возможность загрязнения подземных вод вследствие миграции вредных веществ; - антисанитарные условия труда, т.к. осадки небезопасны в санитарном отношении. б) Механическое обезвоживание осадков является более совершенным методом. Оно осуществ- ляется с использованием специальных установок: - вакуум-фильтров; - фильтр-прессов; - центрифуг и сепараторов. Метод применяется на станциях большой производительности. В результате обезвоженный оса- док уменьшается в объеме в 7 – 15 раз и имеет влажность 50 - 80%. На рис. 35 приведена схема работы барабанного вакуум-фильтра. Данный фильтр представляет собой установку непрерывного действия. Барабанный вакуум-фильтр состоит из горизонтального цилиндрического перфорированного барабана, обтянутого снаружи фильтровальной тканью. Барабан вращается вокруг своей оси и приблизительно на 0,3 – 0,4 своей поверхности погружен в суспензию (обрабатываемый осадок), находящуюся в резервуаре. Поверхность фильтрования барабана разде- лена по его образующим на ряд прямоугольных ячеек (обычно 16 – 32), изолированных одна от дру- гой. Ячейки при движении по окружности присоединяются в определенной последовательности к источникам вакуума и сжатого воздуха. Каждая ячейка соединяется трубкой с различными полостями неподвижной части распредели- тельного устройства и при вращении барабана проходит последовательно зоны фильтрования (I), просушки (II), промывки и просушки (III), отдувки (удаления осадка) (IV) и регенерации ткани (V). В зоне фильтрования осадок фильтруется под действием вакуума, а фильтрат отводится в специ- альный сборник. На поверхности ячейки образуется осадок. В следующих зонах происходит про- мывка и просушка осадка, а в зоне отдувки осадок под действием сжатого воздуха разрыхляется и отделяется от фильтровальной ткани, после чего он скользит по поверхности ножа и поступает на дальнейшую обработку. В зоне регенерации ткань продувается сжатым воздухом в направлении, противоположном направлению движения фильтрата сквозь ткань. Рис. 45. Конструктивная схема и циклограмма работы барабанного вакуум-фильтра непрерывного действия Для обработки осадков сточных вод металлургических предприятий, а также предприятий уголь- ной промышленности используют дисковые вакуум-фильтры, которые состоят из нескольких вер- тикальных дисков, насаженных по центру на полый горизонтальный вращающийся вал на некотором расстоянии один от другого. Каждый диск имеет с обеих сторон рифленую поверхность и с обеих сторон покрыт фильтровльной тканью. Под дисками находится резервуар с разделяемой суспензией, в которую погружены диски. Фильтрат отводят через полый вал. Дисковые вакуум-фильтры занима- ют меньшую площадь, чем барабанные. Для обезвоживания быстрорасслаивающихся осадков, преимущественно минерального происхож- дения, используют ленточный вакуум-фильтр, схема которого представлена на рис. 46. Опорная резиновая лента 1 с прорезями и бортами перемещается по замкнутому пути при помощи приводного 2 и натяжного 3 барабанов. Фильтровальная ткань в виде бесконечной ленты 4 прижимается к опор- ной резиновой ленте при натяжении роликами 5. Суспензия (обезвоживаемый осадок) поступает на фильтровальную ткань из лотка 6. В конструкции фильтра предусмотрена возможность промывки образовавшегося осадка, для чего используют форсунки 7, из которых подается промывная жид- кость. Фильтрат под вакуумом отсасывается в камеры 8 и через коллектор 9 отводится в сборник. Промывная жидкость также под вакуумом отсасывается в камеры 10 и через коллектор 11 поступает в другой сборник. На приводном барабане фильтровальная ткань отходит от резиновой ленты и оги- бает ролик 12, при этом осадок отделяется от ткани и попадает в бункер 13. Рис. 46. Ленточный вакуум-фильтр 1 – опорная резиновая лента; 2 – приводной барабан; 3 – натяжной барабан; 4 – фильтровальная ткань; 5 – натяжные ролики; 6 – лоток для подачи суспензии; 7 – форсунки для подачи промывной жидкости; 8 – вакуум-камеры для фильтрата; 9 – коллектор для фильтрата; 10 – вакуум-камеры для промывной жидкости; 11 – коллектор для промывной жидкости; 12 – направляющий ролик; 13 - бункер для осадка Для обезвоживания осадков производственных сточных вод достаточно часто применяют фильтр-прессы. Различают рамные, с горизонтальными камерами, автоматизированные (типа ФПАКМ), ленточные, барабанные, шнековые фильтр-прессы. Широко используются в практике очистки сточных вод фильтры типа |