Септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели.
Септики являются комбинированными сооружениями, в которых происходит осветление сточной воды и сбраживание (перегнивание) выпавшего осадка. Септики обычно применяют при очистке небольших количеств сточных вод (до 25 м3/сут), поступающих от отдельно стоящих зданий или группы зданий.
Взвешенные вещества, содержащиеся в сточной воде, выпадают в осадок, накапливающийся на дне септика. Осадок представляет собой частицы преимущественно органического происхождения. Под действием анаэробных микроорганизмов органическая часть осадка превращается в газы и минеральные соединения.
Перегнивший осадок, хранящийся на дне камер септиков, периодически выгружается и вывозится ассенизационными автомашинами. При необходимости обеззараживания сточных вод, выходящих из септика, устраивают камеру для контакта обеззараживающего агента со сточной водой.
Двухъярусные отстойники служат для осветления сточных вод, уплотнения и сбраживания выпавшего осадка. Они применяются на станциях пропускной способностью до 10 тыс. м3/сут.
Отстойники представляют собой резервуары цилиндрической или прямоугольной в плане формы. В верхней части сооружений расположены проточные желоба, в которых происходит осветление сточной воды, а в нижней части находится камера сбраживания выпавшего осадка.
Осадочные желоба, по которым протекает сточная вода, выполняют функции горизонтального отстойника, и в них происходит выпадение оседающих взвешенных веществ. Выпавший осадок сползает по наклонным стенкам нижней часта желоба в щель шириной 0,15 м и поступает в иловую камеру. Нижние грани желоба должны перекрывать одна другую примерно на 0,15 м, чтобы всплывающие при перегнивании частицы ила и пузырьки газа не попадали в осадочный желоб.
Устройство щели частично предотвращает возможность заражения осветленной воды продуктами разложения.
Сброженный ил удаляют из септической камеры снизу (как в вертикальных отстойниках) через иловую трубу диаметром 200 мм под гидростатическим напором 1,5-1,8 м, считая от центра отверстия иловой трубы до уровня воды.
Осадок, попавший в иловую камеру двухъярусного отстойника, под воздействием анаэробных микроорганизмов минерализуется в мезофильных условиях по двухстадийному процессу, чем существенно отличается от процесса сбраживания в септиках.
Первая фаза — кислое брожение, В результате которого сложные органические вещества (белки, жиры и углеводы) расщепляются до кислот жирного ряда.
Затем процесс переходит во вторую фазу — метановое брожение, являющуюся при правильной эксплуатации отстойника постоянной. Продуктами этой фазы минерализации являются метан, диоксид углерода и частично сероводород. Распад органических веществ при сбраживании осадка в двухъярусных отстойниках принимают 40%.
Сбраживание осадка в двухъярусных отстойниках при нормальной их работе идет без выделения дурно пахнущих газообразных продуктов. Влажность выгружаемого осадка в среднем 90-92%.
Искусственный подогрев осадка в двухъярусных отстойниках обычно не предусматривается. Для предохранения иловой части двухъярусных отстойников от охлаждения их заглубляют в землю или обсыпают со всех сторон землей. Поверхность сооружений на зиму следует утеплять.
Осветлители-перегниватели.
Осветлители следует проектировать в виде вертикальных отстойников с внутренней камерой флокуляции, с естественной аэрацией за счет разности уровней воды в распределительной чаше и осветлителе.
Осветлители-перегниватели обладают рядом преимуществ. Разделение зон осветления и сбраживания исключает попадание осадка в очищенную воду, а перемешивание осадка в иловой камере способствует более интенсивному течению процесса минерализации.
В осветлителях-перегнивателях возможно загнивание сточных вод, что ухудшает качество очищенной воды.
Метантенки.
Метантенки - сооружения, предназначенные для стабилизации осадков, отделяемых в процессах очистки сточных вод. Одновременно в зависимости от принятой технологии в той или иной степени обеспечивается обеззараживание осадков. Биохимический процесс стабилизации осуществляется в анаэробных условиях и представляет собой разложение органического вещества осадков в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов до конечных продуктов, в основном метана и диоксида углерода.
Эффективность процесса анаэробного сбраживания оценивается по степени распада органического вещества, количеству и составу образующегося биогаза, которые, в свою очередь, определяются химическим составом осадка, а также такими основными технологическими параметрами процесса, как доза загрузки метантенка, температура, концентрация загружаемого осадка. Кроме того, существенную роль играют такие факторы, как режим загрузки и выгрузки осадка, система его перемешивания и др.
Различают четыре основных температурных режима в метантенках: психрофильный - до 20°С; мезофильный - от 20 до 40°С; термофильный - от 50 °С и экстратермофильный - 65⁰С.
Процесс брожения необходимо осуществлять при выбранном оптимальном температурном режиме, даже кратковременное нарушение которого, особенно в сторону снижения температуры, приводит к торможению стадии метаногенеза, накоплению кислот за счет активной работы более устойчивых гидролитических организмов, нарушению трофических связей и процесса в целом.
Термофильный режим сбраживания имеет преимущества перед мезофильным, т.к. позволяет уменьшить объемы метантенков, кроме того, обеспечивает глубокое обеззараживание осадков не только от поточной микрофлоры, но и от гельминтов. Однако, недостатком термофильного сбраживания является низкая водоотдающая способность сброженного осадка, что требует его промывки при последующем механическом обезвоживании. В свою очередь, мезофильный режим сбраживания не обеспечивает обеззараживания осадка, требует больших объемов метантенков, но позволяет получить сброженный осадок, лучше поддающийся последующему обезвоживанию.
Перемешивание содержимого метантенка необходимо проводить с целью обеспечения эффективного использования всего объема метантенка, исключения образования мертвых зон, предотвращения расслоения осадка, отложения песка и образования корки, выравнивания температурного поля. Кроме того перемешивание должно обладать способностью выравнивания концентраций метаболитов, образующихся в процессе брожения и являющихся промежуточными субстратами для микроорганизмов или ингибиторами их жизнедеятельности, а также поддержанию необходимого контакта между ферментами и субстратами, разными группами бактерий и др.
Вместе с тем существует некоторый предел интенсивности перемешивания, превышение которого может привести к механическому отрыву отдельных групп бактерий друг от друга, а также от частиц потребляемого ими субстрата.
Метантенки могут работать в периодическом, непрерывном и полунепрерывном режимах. При загрузке один раз в сутки скорость распада органического вещества и выход биогаза значительно меняется в период между загрузками. Непрерывная загрузка и выгрузка метантенка снимает эту неравномерность. При непрерывной подаче предварительно подогретого сырого осадка, его хорошем смешении с массой бродящего осадка обеспечиваются равномерный тепловой режим сооружения, равномерное поступление питательных субстратов и возможность работы с повышенными дозами загрузки. Наконец, перевод метантенков на непрерывный режим загрузки делает возможным автоматизацию и механизацию процесса, обеспечивает уменьшение эксплуатационных затрат, равномерность газовыделения и однородность выгружаемого осадка.
Метантенки представляют собой герметичные вертикальные резервуары с коническим или плоским днищем, выполненные из железобетона или стали.
1 - подача осадка; 2 - паровой инжектор; 3 - выпуск сброженного осадка; 4 - опорожнение метантенка; 5 - теплоизоляция; б - система сбора и отвода газа; 7 - циркуляционная труба; 8 - уровень осадка |
Система подачи и выгрузки осадков. С точки зрения режима подачи осадков наиболее рациональной является эксплуатация метантенков по прямоточной схеме, при которой загрузка и выгрузка осадков происходит одновременно и непрерывно (или с минимальными перерывами). Такой режим создает благоприятные температурные условия в метантенке, так как исключается охлаждение бродящей массы вследствие залповых поступлений более холодных сырого осадка и избыточного ила. Кроме того, такой режим обеспечивает равномерность газовыделения в течение суток.
В различных конструкциях метантенков подача осадка на сбраживание может осуществляться либо через общую для всех метантенков загрузочную камеру, либо насосом непосредственно в каждый метантенк.
Осадок подают в верхнюю зону метантенка, а выгружают из самой нижней точки днища. Максимальное удаление друг от друга трубопроводов Подачи и выгрузки предотвращает попадание несброженного осадка в выгружаемую массу. Кроме того, при постоянной выгрузке сброженной массы из нижней части удается замедлить процесс накопления песка, который вместе с осадком из первичных отстойников попадает в метантенк
Система перемешивания бродящей массы. Перемешивание бродящей массы обеспечивает ее однородность во всем объеме метантенка. При загрузке холодного осадка в верхнюю зону метантенка, он как более холодный устремляется вниз. Одновременно пузырьки выделяющегося газа поднимаются вверх. В результате происходит перемешивание бродящей массы в вертикальном направлении. Если метантенк оборудован инжектором, его работа приводит к перемешиванию осадка в горизонтальной плоскости. Однако эти процессы, сопровождающие процесс сбраживания, не могут обеспечить полного перемешивания содержимого метантенка.
Специальные системы перемешивания используют для этой цели циркуляционные насосы, пропеллерные мешалки или перемешивание с помощью газа.
Система сбора и отвода газа. Для сбора газа на горловине метантанка устанавливают газовые колпаки. Для транспортирования газа пропитывается специальная газовая сеть из стальных труб.
В процессе сбраживания осадков выделение газа неравномерно. Для поддержания постоянного давления в газовой сети на тупиковых концах ее устанавливают аккумулирующие газгольдеры. Мокрый газгольдер состоит из резервуара, заполненного водой, и колокола, перемещающегося ни роликах по вертикальным направляющим. При невозможности сбора газа метантенков, предусматривают его сжигание, используя специальное устройство - газовую свечу
Аэробная стабилизация осадков сточных вод - процесс окисления эндогенных и экзогенных органических субстратов в аэробных условиях. В отличие от анаэробного сбраживания аэробная стабилизация протекает в одну стадию:
С последующим окислением HN3до N02.
Аэробной стабилизации может подвергаться неуплотненный и уплотненный избыточный активный ил и его смесь с осадком первичных отстойников. При стабилизации только активного ила процесс можно рассматривать как завершающую ступень очистки сточных вод, когда при минимуме растворенных питательных веществ происходит самоокисление клеточного вещества микроорганизмов. В этом случае продолжительность стабилизации ила связана с его возрастом. Чем больше возраст ила, тем короче период стабилизации. При стабилизации смеси ила с осадком происходит выделение ферментов, катализирующих окисление экзогенных субстратов осадка. Степень распада органического вещества и продолжительность процесса зависят от соотношения количеств сырого осадка и активного ила, концентрации органических веществ, интенсивности аэрации, температуры и пр. Процесс аэробной стабилизации обычно происходит и психрофильно-мезофильной зоне жизнедеятельности микроорганизмов. В процессе аэробной стабилизации при мезофильных температурах наблюдается снижение содержания кишечной палочки и других патогенных бактерий и вирусов на 70-90%, однако при этом яйца гельминтов не погибают.
Продолжительность процесса - 2-5 сут для неуплотненного ила. 6-7 сут для смеси неуплотненного ила и осадка из первичных отстойников и 8-12 сут для смеси уплотненного ила и осадка.
За счет тепла, выделяющегося в стабилизаторах, при определенных условиях температура может быть поднята до 50--60 °С, что соответствует термофильному режиму. Термофильная стабилизация по сравнению с мезофильной обладает рядом преимуществ. Главными из них являются увеличение глубины разложения органического вещества, большая скорость процесса, снижение объемов сооружений, улучшение седиментационных и фильтрационных характеристик, а также стерильность обработанного осадка, гибель семян сорняков.
Аэробная стабилизация осадков проводится обычно в сооружениях типа аэротенков глубиной 3-5 м.
Отстаивание и уплотнение аэробно стабилизированного осадка следует производить в течение 1,5-5 ч в отдельно стоящих илоуплотнителях или в специально выделенной зоне внутри стабилизатора. Влажность уплотненного осадка 96,5-98,5%. Иловая вода должна направляться в аэротенки.
Аэробная стабилизация осадков обеспечивает получение биологически стабильных продуктов, хорошие показатели влагоотдачи, простоту эксплуатации и низкие строительные стоимости сооружений. Однако значительные энергетические затраты на аэрацию ограничивают целесообразность использования этого процесса на очистных сооружениях производительностью более 50-100 тыс. м3/сут.
24. Фазы анаэробного разложения, сущность процессов, происходящих при сбраживании. Пути интенсификации анаэробного сбраживания.
Согласно современным представлениям анаэробное метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанные стадии, осуществляемые разными группами бактерий
1. Стадия ферментативного гидролиза осуществляется быстрорастущими факультативными анаэробами, выделяющими экзоферменты, при участии которых осуществляется гидролиз нерастворенных сложных органических соединений с образованием более простых растворенных веществ. Оптимальное значение рН для развития этой группы бактерий находится в интервале 6,5-7,5.
2. Стадия кислотообразования (кислотогенная) сопровождается выделением летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов, а также водорода и углекислого газа. Стадия осуществляется быстрорастущими, весьма устойчивыми к неблагоприятным условиям среды гетерогенными бактериями.
3. Ацетатогенная стадия превращения летучих жирных кислот, аминокислот и
спиртов в уксусную кислоту осуществляется двумя группами ацетатогенных бактерий. Первая группа, образующая ацетаты с выделением водорода
из продуктов предшествующих стадий, называется ацетатогенами, образующими водород:
Вторая, также образующая ацетаты и использующая водород для восстановления диоксида углерода, называется ацетатогенами, использующими водород:
4. Метаногенная стадия, осуществляемая медленнорастущими бактериями, являющимися строгими анаэробами, весьма чувствительными к изменениям условий среды, особенно к снижению рН менее 7,0 - 7,5 и температуры. Разные группы метаногенов образуют метан двумя путями:
расщеплением ацетата:
О
восстановлением диоксида углерода:
По первому пути образуется 72% метана, по второму - 28%.
Таким образом, анаэробное разложение органических веществ осуществляется сообществом микроорганизмов, составляющих трофическую цепь первичных и вторичных анаэробов. В отличие от трофических цепей микроорганизмов в аэробных условиях, где взаимоотношения между группами организмов характеризуются отношением "жертва - хищник", дли трофических систем при метановом сбраживании характерно использование продуктов метаболизма одних групп бактерий другими. Первичные факультативные анаэробы осуществляют стадии гидролиза и кислотообразования, вторичные - стадии ацетатогенеза и метаногенеза на субстратах, образующихся первичными анаэробами.
Ко вторичным анаэробам относятся и сульфатредуцирующие бактерии, работающие параллельно метаногенам и использующие продукты первых стадий процесса.
Все стадии анаэробного сбраживания имеют важное значение, однако очевидно, что последующие стадии не могут начаться, пока для них не будут подготовлены условия предыдущим ходом процесса.
Интенсификация работы метантенков необходима для достижения следующих целей:
• сохранение продолжительности сбраживания и тем самым уменьшение объемов сооружений при одновременном обеспечении заданной степени распада органического вещества осадка;
• повышение выхода биогаза для получения энергии и сокращения затрат не только на обогрев метантенков, но и очистных сооружений в целом;
• улучшение водоотдающих свойств сброженного осадка и сокращение затрат на его обезвоживание.
Выбирая способ интенсификации работы метантенков, необходимо четко определить, какие цели должны быть достигнуты, так как не всегда возможно достичь всех указанных целей одновременно.
Современные приемы интенсификации работы метантенков следует разделить на две группы:
• усовершенствование традиционной технологии сбраживания в одноступенчатом метантенке;
• использование ступенчатых схем сбраживания с созданием в каждой ступени различных условий проведения процесса.
Основными приемами интенсификации работы метантенков, которые могут быть отнесены к первой группе, являются: повышение температуры сбраживания, эффективности перемешивания осадка в метантенке, переход на его непрерывную загрузку и выгрузку, повышение концентрации загружаемого осадка и биомассы микроорганизмов за счет ее рециркуляции или удержания на носителях, подготовка осадка к сбраживанию
25. Механическое обезвоживание осадков. Сооружения для обезвоживания. Достоинства. Недостатки. Область применения.
На сегодняшний день осадки обезвоживают механическим путем, Используя для этой цели вакуум-фильтры, фильтр-прессы и центрифуги.
Методы и аппараты, применяемые для обезвоживания осадков Сточных вод, можно классифицировать по виду механического воздействия на их структуру:
– обезвоживание осадков под разряжением;
– обезвоживание осадков под давлением;
– обезвоживание осадков в центробежном поле.
Обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах.
Различают обычные барабанные, барабанные со сходящим полотном, дисковые и ленточные вакуум-фильтры.
Барабанный вакуум-фильтр - вращающийся горизонтально расположенный барабан, частично погруженный в корыто с осадком
Барабан имеет две боковые стенки: внутреннюю сплошную и наружную перфорированную, обтянутую фильтровальной тканью. Пространство между стенками разделено на 16-32 секции, не сообщающиеся между собой. Каждая секция имеет отводящий коллектор, входящий в торце в цапфу, к которой прижата неподвижная распределительная головка. Осадок снимается с барабана ножом. В зоне регенерации ткань продувается сжатым воздухом или паром. Для улучшения фильтрующей способности ткани через 8-24 ч работы фильтр регенерируют кислотой или растворами ПАВ.
В последнее время находят применение барабанные вакуум-фильтры со сходящим полотном. В этих фильтрах регенерация фильтровальной ткани производится непрерывно. Применение их особенно эффективно в тех случаях, когда осадки сточных вод по своей структуре способны быстро заиливать фильтровальную ткань, в частности сырые осадки из первичных отстойников.
Для обезвоживания осадков используют также барабанные фильтры со слоем вспомогательного вещества с площадью фильтрования соответственно 5, 10, 30, 40 м2. Слой (0,2-1,0 мм) вспомогательного вещества обычно намывают на фильтровальную ткань.
Недостатками ваккум-фильтров являются сложность управления, низкая надежность, невозможность использования органических флокулянтов для кондиционирования осадка, громоздкость и загрязненность рабочей среды.
Кроме широко применяемых барабанных вакуум-фильтров, используются (в основном для обезвоживания осадков производственных св) ленточные вакуум-фильтры и листовые фильтры. Ленточные вакуум-фильтры применяют дал обезвоживания быстро расслаивающихся садков, преимущественно минерального происхождения, таких как окалина, осадки газоочисток доменного и конвертерного цехов.
Листовые фильтры типа ЛВАВ (листовой вертикальный автоматизированный с вибровыгрузкой осадка) могут служить для обезвоживании различных осадков.
Обезвоживание осадков сточных вод на фильтр-прессах. Их применяют для обработки сжимаемых аморфных осадков. По сравнению с вакуум-фильтрами, при прочих равных условиях после обработки на фильтр-прессах получаются осадки с меньшей влажностью. Фильтр-прессы применяют в тех случаях, когда осадок направляют после обезвоживания на сушку или сжигание или когда необходимо получить осадки для дальнейшей утилизации с минимальной влажностью.
Различают рамные, камерные, мембранно-камерные, ленточные, барабанные и винтовые (шнековые) фильтр-прессы.
Рамный фильтр-пресс имеет набор вертикально расположенных чередующихся плит и рам. Между поверхностями плит и рам проложена фильтровальная ткань. Сначала собирают комплект рам и плит, загружают камеры осадком и отжимают его. Затем рамы и плиты поочередно отодвигают и обезвоженный осадок сбрасывают в бункер. Рамные фильтр-прессы имеют низкую пропускную способность. Кроме того, выгрузка осадка из фильтра обычно производится вручную. В настоящее время ЭТИ фильтры практически не применяются.
При необходимости перед подачей на фильтр-пресс в осадок вводятся химические реагенты - хлорное железо, известь, полиакриламид и др.
Наиболее эффективно обезвоживаются на камерных фильтр-прессах осадки производственных сточных вод минерального происхождения. Осадки городских сточных вод обезвоживаются хуже.
При обезвоживании на мембранно-камерных фильтр-прессах необходимо полимерное кондиционирование осадка.
На сегодняшний день для сооружений по обработке осадка средних и крупных городов наиболее экономически и технически целесообразным можно считать использование мембранно-камерных фильтр-прессов в сочетании с полимерным кондиционированием.
Мембранно-камерный фильтр-пресс представляет собой серию вертикальных плит, имеющих каналы и покрытых тканью для поддержания кека. Плиты смонтированы в корпусе, верхние опоры которого соединены двумя тяжелыми горизонтальными и параллельными брусьями или рельсами.
Применяются также ленточные фильтр-прессы. Они относительно просты и по конструкции, и в эксплуатации. Пресс имеет нижнюю горизонтальную фильтрующую ленту и верхнюю прижимную ленту. Фильтрование и отжим осуществляются в пространстве между этими лентами. Обезвоженный осадок срезается ножом и сбрасывается в конвейер.
Центрифугирование осадков находит все большее распространение. Достоинствами этого метода являются простота, экономичность и управляемость процессом. После обработки на центрифугах получают осадки низкой влажности.
Центрифугирование - разделение фаз в поле центробежных сил.
Центрифугирование осадков производится с применением минеральных коагулянтов и флокулянтов или без них. При использовании флокулянтов осадок после обезвоживания имеет меньшую влажность, а центрифуга – большую пропускную способность; фугат, образующийся при центрифугировании, имеет меньшую загрязненность. Но поскольку промышленностью выпускается ограниченное число флокулянтов, для обработки осадков сточных вод они применяются редко. При центрифугировании осадков без применения флокулянтов образующийся фугат имеет высокие значения БПК, ХПК и содержание взвешенных веществ.
Работа центрифуг характеризуется такими показателями, как производительность, эффективность задержания сухого вещества и влажность обезвоженного осадка (кека).
Центрифуги по методу центрифугирования принято разделять па фильтрующие и осадительные.
Основными элементами центрифуги являются конический ротор со сплошными стенками и полый шнек. Ротор и шнек вращаются в одну сторону, но с разными скоростями. Под действием центробежной силы частицы осадка отбрасываются к стенкам ротора и вследствие разности частоты вращения ротора и шнека перемещаются к отверстию в роторе, через которое обезвоженный осадок попадает в бункер кека. Образовавшаяся в результате осаждения нерастворенных частиц исходная фаза (фугат) отводится через отверстия, расположенные с противоположной стороны ротора. В настоящее время налажен выпуск центрифуг этого типа с расчетной производительностью по суспензии до 30 м /ч.
При выборе аппаратов для обезвоживания осадков сточных вод большое значение имеет увязка их параметров и режима работы со всей технологической схемой обработки и утилизации осадков, а также с работой сооружений по очистке сточных вод.
Если обезвоживанию подвергается сброженный в термофильных условиях осадок с последующей утилизацией в качестве удобрения, то целесообразно применять центрифуги или ленточные фильтр-прессы с флокулянтами. Центрифуги и ленточные фильтр-прессы эффективно применять также на очистных сооружениях пропускной способностью до 100 тыс. м3 /сут с последующим компостированием или химическим обеззараживанием обезвоженного осадка. Если применяется тепловая обработка осадка перед его обезвоживанием или сжигание обезвоженного осадка, то для обезвоживания осадков целесообразно применять камерные или рамные фильтр-прессы.
Сопоставление методов механического обезвоживания осадков сточных вод | ||
Аппараты, применяемые для обез воживания | Основные преимущества | Основные недостатки |
Вакуум-фильтры | Возможность обработки осадков без выделения песка и распространения запаха; сокращение топливно-энергетических расходов на термосушку; отсутствие быстроизнашивающихся узлов | Применение минеральных реагентов, вакуум-насосов; периодические замены фильтровальной ткани, повышенный расход электроэнергии |
Центрифуги | Компактность установок, возможность работы по безреагентным схемам и с применением флокулянта в | Необходимость извлечения из осадков крупных включений и песка, периодической наплавки или замены шнеков; повышенные по сравнению с вакуум-фильтрами топливно-энергетические расходы на термосушку |
Ленточные фильтр-прессы | Отсутствие быстроизнашивающихся деталей и узлов; сокращение расхода электроэнергии; отсутствие необходимости выделения крупных включений и песка из осадков | Повышенные габариты по сравнению с центрифугами; возможность распространения запаха; увеличенные по сравнению с вакуум-фильтрами топливно-энергетические расходы на термосушку; необходимость периодической замены фильтровальной ткани |
Камерные и рамные фильтр-прессы | Низкая влажность обезвоженного осадка и топливно-энергетические расходы на термосушку и сжигание | Низкая удельная производительность (с единицы поверхности); повышенный расход реагентов; периодичность действия; необходимость замены фильтровального полотна по мере износа |