С. С. Душкин, Г. И. Благодарная
 Скачать 1.21 Mb.
|
|
ТЕМА 13. Эксплуатация сооружений для обезвреживания и обезвоживания осадков 13.1. Сооружения для обезвреживания осадков Метантенки. Метантенки служат для обеспечения свойств стабильности (незагниваемости) осадка при длительном его хранении либо обезвоживании в естественных условиях. Одновременно решается задача подготовки осадка к внесению в почву, так как после сбраживания усвоение элементов осадка рас- тениями улучшается. Выделение газа (биогаза) является сопутствующим про- цессом, способствующим снижению затрат на подогрев сбраживаемой массы, регулируется в рамках программы обезвоживания, хранения и утилизации осадка и не функционирует самостоятельно и независимо. Биологический процесс трансформации органических веществ при сбра- живании осуществляется комплексом микроорганизмов, ведущая роль в котором принадлежит группе метанообразующих бактерий. Культивирование микроор- ганизмов этой группы представляет основную задачу службы эксплуатации. Устойчивый ход процесса обеспечивается выполнением ряда режимных парамет- ров, важнейшими из которых являются нагрузка, сохранение и воспроизводство биомассы, условия перемешивания и поддержания температуры бродящей массы. Нагрузка, ввиду неопределенности массы активной биомассы, вычисляет- ся по отношению к объему сооружения. Связь между величиной суточной на- грузки по беззольному веществу N б (кг/м 3 сут), дозой загрузки d (%) и про- должительностью t (сут) при заданных величинах влажности осадка W (%), концентрации сухого вещества С (кг/м 3 ) и зольности S (доли единицы) может 155 быть выражена рядом уравнений: 3 б 10 ) 1 ( 100 100 1 ) 1 ( 100 100 100 d N S W t S W − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = , (13.1) t 100 100 V Q d м сут = = ; ) 1 ( 100 100 Q сут S W G б − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = , (13.2) где сут Q - суточный объем осадка, м 3 /сут; G б - масса 6еззольной части осадка, кг/cут; V м - объем метантенка, м 3 Величина нагрузки условно классифицируется на низкую (до 2 кг/м 3 ), среднюю (3-4 кг/м 3 ) и высокую. Чем выше нагрузка, тем ниже величина фактиче- ского распада вещества (при прочих равных условиях). Допустимая разница между теоретическим Э Т и фактическим распадом Э Ф [(Э Т -Э Ф )/ Э Т ] не должна быть более 0,2. Для упрощенных расчетов возможно принимать, что разница между Э Т и Э Ф не должна быть более 0,25 С для мезофильного брожения, где С - концентрация сухого вещества в осадке, кг/м 3 : С=10 (100-W) и не более 0,22С для термофильного режима. Большая разница между теоретическим и фактическим распадом может быть обусловлена не только условиями ведения процесса, но и поступлением больших масс промышленных несбраживаемых примесей. Если таковые отсутствуют, то повышение нагрузки, сопровождаемое снижением фактического распада, свидетельствует о вымывании культуры метанообра- зующих бактерий, перегрузке имеющейся биомассы, надвигающейся угрозе дестабилизации процесса. Качество сброженной смеси может быть оценено по остаточному газовы- делению при длительном дображивании осадка, содержанию низших жирных кислот и аммонийного азота, щелочности и рН осадка. Образование метана преимущественно идет через трансформацию уксусной (до 85 %) и пропионо- вой кислот. Нормальное содержание НЖК в сброженном осадке - не более 5-7 мг-экв/л; повышение количества кислот указывает на незавершенность процес- са брожения либо на депрессирование его токсическими веществами. Наиболее 156 распространенные депрессанты: соли тяжелых металлов, синтетические ПАВ, нефтепродукты, белковые соединения (навоз свинокомплексов и т. п.). В реакциях образования метана из органических кислот и углекислоты участвует катион водорода, в связи с чем появление и накопление водорода в газе свидетельствует о разобщении восстановительных реакций и возможных нарушениях процесса. Для контроля могут использоваться показатели рН и со- держания аммонийного азота. В результате деструкции азотсодержащих веществ выделяется в среднем 1,2 % аммонийного азота на 1 г/л сухого вещества осадка При содержании аммонийного азота в иловой воде порядка 500-600 мг/л рН жидкости повышается до 8-8,5. Общая щелочность, в результате изменения соотношения между карбонатной и гидратной составляющими, не всегда может служить достоверным показателем изменений в ходе брожения. Выход газа по массе равен количеству сброженного беззольного вещества, что также может служить контролем для баланса входящей и выходящей массы органических веществ. Состав газа в нормальных условиях колеблется мало: 30 - 35 % СО 2 , 60 - 65 % СН 4 , 1 - 2 % H 2 , N 2 , СО. В благоприятных условиях вы- ход СН 4 повышается до 80 %, чему способствует перемешивание осадка путем рециркуляции газа, возврат части биомассы в метантенк, повышение количест- ва активных микроорганизмов в объеме сооружения. Рециркуляция иловой воды либо твердой части осадка является оператив- ным приемом повышения стабильности работы метантенка и средством борьбы с нарушениями процесса брожения. Биомасса метантенков способна развивать- ся на поверхности насадки, что может быть использовано в практике эксплуа- тации. Перемешивание осадка осуществляется с целью выравнивания его состава (как средство борьбы с расслоением массы, образованием корки, равномерным распределением свежего осадка, ликвидации градиента температуры в процессе подогрева). Местные переуплотнения осадков до влажности порядка 90 % при- водят к ухудшению выхода газа из микрообъемов, торможению брожения про- дуктами метаболизма микроорганизмов и т.п. явлениями. Длительность и ин- 157 тенсивность перемешивания выбирают по условиям загрузки и выгрузки осад- ка, предпочитая проводить загрузку и выгрузку в условиях вытеснительного режима (во избежание проскока несброженного осадка), а подогрев бродящей массы – при интенсивном перемешивании. Формирование гpaфика загрузки, выгрузки, подогрева и перемешивания осадка целесообразно проводить в увяз- ке с узлом обезвоживания осадков, с работой первичных отстойников и илоуп- лотнителей. Обычно применяют трех- или четырехкратную выгрузку осадка из первичных отстойников, что и определяет цикличность операций на метантен- ках. Технологический контроль за работой метантенков включает перечень са- нитарно-химических показателей состава и количества продуктов. В сыром осадке определяют: объемы осадков из первичных отстойников и избыточного активного ила, их температуру, среднюю влажность, зольность, содержание вредных компонентов (в соответствии с характером стоков промышленных предприятий), изредка содержание жиров, белков, углеводов либо элементный состав осадка. В сброженной смеси определяют влажность, зольность, рН, со- держание азота аммонийных солей, количество НЖК, общую щелочность. В зависимости от схемы кондиционирования, обезвоживания и утилизации осад- ка может потребоваться определение удельного сопротивления фильтрации, гельминтологических показателей, содержания азота, фосфора, калия и токси- ческих компонентов, количества семян сорняков. Осветлители-перегниватели. Осветлители с естественной аэрацией яв- ляются отстойными сооружениями. Естественная аэрация вызывает градиентную и физико-химическую фло- куляцию дисперсных частиц, составляющих взвешенные вещества. Оптималь- ное количество воздуха, необходимое для перемешивания жидкости и воздей- ствия кислорода воздуха на электростатический заряд частиц, обеспечивается перепадом уровней 0,6м (между уровнями воды в подающем лотке и в камере флокуляции) и величиной скорости движения воды в центральной трубе 0,7 м/с. Искусственное увеличение расхода воздуха путем принудительной аэрации 158 несколько улучшает процессы флокуляции, но незначительно. Основным фак- тором является продолжительность флокуляции, необходимую величину кото- рой возможно определить экспериментально путем предварительной аэрации жидкости с последующим отстаиванием в лабораторных условиях. Флокуляция усиливается при подаче избыточного активного ила перед осветлением. Слой взвешенного фильтра образуется при обеспечении условий выхода жидкости из нижнего отверстия камеры флокуляции (скорость 8-10 мм/с) и равномерного восходящего движения в отстойной зоне (0,8-1,5 мм/с). Резкая неравномерность подачи сточных вод, низкое содержание взвешенных веществ негативно отражаются на структуре взвешенного фильтра. Нормальное содер- жание взвешенных веществ в фильтре 1-3 г/л. В некоторых случаях применяют искусственное замутнение воды путем рециркуляции осадка для формирования и стабилизации взвешенного фильтра. Процессы, происходящие в камере перегнивания, имеют общий для мета- нового брожения характер, но растянуты во времени вследствие более низкой и колеблющейся по сезонам года температуры бродящей массы. Подогрев бро- дящей массы обусловлен теплообменом между осветлителем и перегнивателем, вследствие чего температура жидкости в перегнивателе обычно ниже темпера- туры сточных вод на 2-3°С. Цикл брожения в перегнивателе «растянут» на 50- 80 сут при средней температуре 12-10 °С (соответственно 40-20 сут при темпе- ратуре 15-20 о С) против 10-12 сут в метантенках. Циклограмма работы перегнивателя включает n-суточный период работы: выгрузку уплотненного сброженного осадка за прошедшие n сут (не более 10% от общего объема перегнивателя), ежедневную добавку свежего осадка из ос- ветлителя и перемешивание объема перегнивателя в течение 2-4 ч. Длитель- ность цикла в сутках (при ограничении объема выгружаемого осадка 10%) со- ставит 5-7 сут при температуре 12-10 °С и 4-2 сут при 15°С. Следует отметить, что ограничение объема выгружаемого осадка связано с отметкой трубы для удаления осадка, располагаемой на глубине 1,5 м от по- верхности. Очевидно, количество осадка, заполняющего кольцевой объем меж- 159 ду перегнивателем и осветлителем, будет равен π (1,5 - h д ) (D 2 п - D 2 о )/4, при- чем h д - остаточный напор, при котором заканчивается выгрузка осадка, D п и D о - соответственно внутренний диаметр перегнивателя и наружный диаметр ос- ветлителя. Уплотнение осадка перед выгрузкой гарантирует удаление сброженного осадка, поскольку несброженные частицы насыщены газом и приобретают пла- вучесть. Контроль глубины распада вещества ведут по показателям иловой во- ды: рН, количеству аммонийного азота, НЖК, зольности осадка. Газы брожения не улавливаются, и по ним судить о распаде вещества невозможно. Для перегнивателей характерно коркообразование, в особенности при сбраживании осадков, содержащих значительное количество растительных ос- татков. Разрушение корки гидромеханическим способом путем подачи осадка через сопла не гарантировано в тех случаях, когда корка не подвергалась воз- действию в течение длительного периода и подсохла. В таких случаях прибе- гают к использованию ручных шуровок, изготовленных из пластмасс и дерева (во избежание искрения). Двухъярусные отстойники. Осадочные желоба двухъярусных отстойни- ков представляют собой горизонтальные отстойники малой длины (за исключе- нием сблокированных септических камер в двух- и трехкамерных сооружени- ях). Правила эксплуатации горизонтальных отстойников действительны для от- стойных желобов. Корка, образующаяся при накоплении всплывающих ве- ществ, удаляется вручную. Септическая камера по характеру процессов несколько отличается от ме- тантенков. В верхних слоях и частично в средних перемешивание происходит за счет газообразования; в нижних слоях, при влажности осадка 90% и менее, брожение затухает, а осадок постепенно уплотняется до предельной влажности порядка 86-87%. Выгрузка осадка является более ответственной операцией, по- скольку остается неясным ход брожения в толще осадка, находящегося в сеп- тической камере. 160 Целесообразно проводить выгрузку по величине влажности осадка, учи- тывая ингибирование брожения высокой концентрацией органического вещест- ва. Исходя из этого принципа, следует выгрузить весь осадок влажностью до 92%, который практически выбыл из зоны активной жизнедеятельности ана- эробных микроорганизмов. Контроль влажности ведут визуальным способом - по характеру течения в трубах или истечения из сосудов (отверстий). Эксплуа- тационный персонал предварительно обучается для приобретения навыка раз- личать характер течения в зависимости от концентрации осадка и его вязкости. Выгрузка осадка должна быть умеренной, с тем чтобы в септической ка- мере оставалось достаточное количество зрелого (сброженного) осадка в каче- стве запаса анаэробной биомассы для затравки и запаса щелочности для ней- трализации кислого осадка в прилегающих слоях. С этой позиции рационально проводить отбор проб с разных глубин септической камеры для определения показателей состава иловой воды: рН, NH + 4 , НЖК, зольности. В случае закиса- ния бродящей массы, обусловленного перегрузкой септической камеры свежим осадком либо нарушением соотношения между количеством свежего и сбро- женного осадка, возможна перекачка сброженного осадка из другого сооруже- ния либо добавка извести с последующим снижением нагрузки (по осадку) на сооружение до выхода его на нормальный режим работы. Разрушение и удаление корки ведут вручную. Иногда устанавливают на- клонные желоба, на которые перегружают куски разрушенной корки и затем смывают их водой в иловые колодцы, заботясь, разумеется, о предотвращении образования пробок в иловой сети. Пластичность осадка повышается при добавке избыточного активного ила либо биопленки, но при этом увеличивается риск закисания либо неполного сбраживания массы. Иловая вода, вытесняемая при уплотнении массы, попада- ет в сточные воды и повышает их БПК и ХПК, что следует учитывать и контро- лировать путем сравнения БПК и ХПК в пробах воды, осветленной в двухъя- русном отстойнике и в лабораторном цилиндре. Соотношение времени отстаи- вания в сооружении t д о и лаборатории t должно определяться зависимостью 161 ( ) 2 / K h KH t t n О Д α = , (13.3) где α - учет влияния вязкости; К - коэффициент использования объема: К = 0,4÷0,5; Н - расчетная глубина осадочных желобов (сумма высоты прямоугольной части и трети высоты треугольной части живого сечения), м; h - высота лабораторного цилиндра (не менее 0,5 м); n - расчетный показатель степени агломерации частиц взвеси, принимае- мый согласно соответствующего графика. Приближенно возможно принять t равным 1 / 5 t д.о Сравнением БПК и ХПК проб определяют дополнительные загрязнения от иловой воды, желательно при равном содержании взвешенных веществ. Если содержание взвеси резко отли- чается, следует определять БПК и ХПК в фильтрованных пробах. 13.2. Эксплуатация сооружений по обезвоживанию и сушки осадков Уплотнители. Уплотнение осадков первичных отстойников и избыточного активного ила носит различный характер и зависит от технологии дальнейшей обработки смеси. Длительное уплотнение существенно изменяет свойства осадков: изменяется ξ -потенциал частиц (увеличивается по абсолютному значению), ухудшается водоотдача, происходит измельчение агрегатов, развивается кислое брожение, вследствие чего осадок насыщается пузырьками газа и приобретает плавучесть. Данные явления способствуют процессу брожения осадка в метантенках, что предопределяет область применения длительного уплотнения. Краткосроч- ное уплотнение меньше изменяет ξ -потенциал частиц, способствует сохранению первичной структуры осадка и сохранению лучшей водоотдачи, в связи с чем данный процесс применяется при обезвоживании сырого осадка и избыточного активного ила, а также в случае обезвреживания осадка аэробной минерализа- цией. Сохранению и повышению положительных свойств твердой фазы спо- собствует флотационное уплотнение избыточного активного ила и смеси его с осадком первичных отстойников. 162 Краткосрочное гравитационное уплотнение разбавленных осадков пер- вичных отстойников (концентрация 5-6 г/л, влажность 99,5-99,4%) в смеси с избыточным активным илом из вторичных отстойников (концентрация 4-6 г/л, влажность 99,6- 99,4%) осуществляется в течение 5-7 ч. Влажность уплотнен- ного осадка колеблется в пределах 94-95%. Перемешивание осадков в период уплотнения мешалками в виде вертикальных стержней диаметром 40-60 мм с окружной скоростью не более 0,1 м/с дает возможность удалить из осадка включения (линзы) свободной воды и газов. Избыточный активный ил заполняет поровое пространство осадка первичных отстойников, вследствие чего общий объем уплотненной массы на 20-30% меньше, чем при раздельном уплотнении. В сливной воде уплотнителей значения БПК, концентрации взвешенных веществ и биогенных элементов не выше, чем в поступающих сточных водах. Основное внимание следует уделять своевременной выгрузке осадка из уплотнителей, не допуская длительного пребывания в анаэробных условиях и загнивания. Добавка коагулянтов и флокулянтов повышает качество сливной воды (БПК не выше 100-150 мг/л, концентрация взвешенных веществ 40-60 мг/л), снижает удельное сопротивление осадка фильтрации. Обычно применяют дробную подачу коагулянтов и флокулянтов, добавляя 50% от потребной дозы в узле уплотнения и оставшиеся 50% непосредственно перед обезвоживанием (соотношение устанавливается экспериментально). Длительное гравитационное уплотнение избыточного активного ила осу- ществляется 9-12 ч в радиальных и вертикальных илоуплотнителях. Менее дли- тельное уплотнение, приближающееся по своим параметрам к краткосрочному, производят в течение 5-8 ч для иловой смеси непосредственно из аэротенков, минуя вторичные отстойники. Уплотненный ил имеет влажность 98% в вертикальных уплотнителях и 97,3% в радиальных, что обычно связано с условиями перемешивания и вы- грузки уплотненного продукта. В вертикальных уплотнителях при отсутствии перемешивания уплотненный ил медленно сползает в приямок в силу значи- тельного трения вблизи днища, при этом зачастую образуется вихревая ворон- 163 ка, через которую происходит подсос воды и разбавленного осадка. Более низ- кая влажность уплотненного ила (97%) достигается при направлении в уплот- нитель иловой смеси из зоны отстаивания аэротенков-отстойников (концентра- ция 4-6 г/л), что обусловлено хорошим состоянием ила при постоянных аэроб- ных условиях, создаваемых во взвешенных фильтрах аэротенков-отстойников. Сливная вода уплотнителей содержит до 100 мг/л взвешенных веществ, имеет БПК порядка (2-3) L t , повышенный фон минерального фосфора (от 20 до 50 мг/л). Выделение фосфатов носит устойчивый характер, и на этом явлении базируется ряд способов удаления фосфора из избыточного активного ила. Активный ил из аэротенков, работающих в режиме развитой нитрификации, в анаэробных условиях интенсивно способствует отщеплению химически связанного кислорода (денитрификацию), вследствие чего выделяется свободный азот и происходит насыщение ила пузырьками газа. Денитрифицирующий ил в теплое время года всплывает на поверхность воды, нарушая процессы уплотнения и загрязняя сливную воду. В этих условиях применяют удаление сливной воды из средней части уплотнителей. Флотационное уплотнение активного ила требует создания определенных условий для образования флотокомплекса. Основными факторами являются размер пузырька воздуха и удельный расход воздуха на единицу массы твердой фазы. Этим условиям отвечают напорные флотаторы, создающие давление 0,5-0,7 МПа в активном иле либо рецииркулирующей осветленной воде. Уплотнение ила су- щественно зависит от условий ведения биологической очистки в аэротенках, поскольку нагрузка на ил предопределяет зооглейную активность микроорга- низмов, прочность агрегатов и их размеры. Флотационное уплотнение не продуцирует биогенные элементы, способ- ствует снижению БПК сливной воды (до значений БПК очищенной в аэротен- ках воды), увеличению количества нитритов и нитратов при снижении концен- трации аммонийного азота. Влажность уплотненного ила 95-97 %. |