8138

11

осадка в технологической схеме предусмотрены илоуплотнители. Влажность уплотненного ила ≈ 97%, зольность ≈ 33%.

Осадки сброженные образуются при минерализации (сбраживании) органических веществ в целях стабилизации осадков и предотвращения их загнивания. При сбраживании в анаэробных условиях органические вещества распадаются с образованием основных конечных продуктов – метана и углекислого газа.

Вотечественной практике сбраживание осадка обычно осуществляется

вметантенках. В метантенках процесс распада осуществляется в две фазы (кислого и щелочного брожения) при подогревании осадков. Различают два температурных режима сбраживания осадков: мезофильный (330С) и термофильный (530С). Последний имеет санитарные преимущества, т.к. обеспечивает бо льшую степень дегельминтизации осадков. В метантенках распад органического вещества сопровождается выделением большого количества биогаза.

На Нижегородской станции аэрации функционируют два метантенка, куда подается 670 м3/сут сырого осадка и 780 м3/сут уплотненного ила. Выход метана составляет 17000 м3/сут. Объем сброженного осадка с влажностью ≈ 97,5% составляет 1600 м3/сут.

Осадки аэробных стабилизаторов получаются после аэробных окислителей (аэробных минерализаторов). Аэробной стабилизации обычно подвергают избыточный ил, реже – смесь активного ила и «сырого» осадка. Стабилизация ила или смеси ила с осадком минерализует органические вещества на 30-40%. Обеззараживание осадка при этом практически не происходит.

Механически обезвоженные осадки образуются при их обезвоживании на фильтр-прессах, вакуум-фильтрах и центрифугах. Влажность таких осадков колеблется в зависимости от их свойств и применяемых реагентов от 50 до 80%. Для увеличения степени обезвоживания используются

12

коагулянты (хлорное железо, сернокислое окисное железо, хлорированный железный купорос, хлоргидрат алюминия и др. реагенты в сочетании с известью) и флокулянты (производные полиакриламида и другие высокомолекулярные флокулянты), что значительно удорожает стоимость обезвоживания.

Цех механического обезвоживания Нижегородской станция аэрации оборудован двумя ленточными фильтр-прессами австрийского производства, которые требуют для своей работы дорогостоящих импортных реагентов марки Zetag, Praestol и др. В целом, механическое обезвоживание осадков сточных вод – прогрессивное направление в области обработки осадков.

Обезвоживание осадка на иловых картах – широко распространенное средство естественного обезвоживания осадков. В настоящее время применяются иловые площадки на естественном основании без дренажа и с дренажем, на искусственном дренирующем основании, на асфальтобетонном основании; каскадные иловые площадки с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды; площадки-уплотнители; площадки с механическим удалением осадка и др. Основным недостатком иловых карт являются: зависимость от погодных условий, отсутствие возможности регулирования, управления процессом и необходимость отчуждения больших площадей.

В целом, иловые площадки – громоздкие, малопроизводительные, дорогие и сложные в эксплуатации сооружения. Они требуют отчуждения значительных земельных участков вблизи городов. Суммарная площадь иловых площадок на станции аэрации г. Москва составляет 700 га; г. Н.Новгорода – более 150 га; такая же ситуация наблюдается и в других крупных городах. Хранение опасных в санитарно-эпидемиологическом и экологическом плане осадков на иловых картах приводит к распространению загрязнений на значительные расстояния потоками воздуха, грунтовыми водами, животными. Вместе с этим, в соответствии со СНиП иловые площадки необходимо проектировать во всех случаях как резерв сооружений

13

по механическому обезвоживанию.

Климатические факторы оказывают влияние на скорость подсушки осадков, но они не являются решающими при выборе нагрузки на иловые площадки. Нагрузка на иловые площадки в значительной мере зависит от типа и водоотдачи осадка. Механизм действия иловых площадок в основном сводится к следующим процессам:

а) уплотнению осадка и удалению жидкой фазы с поверхности; б) фильтрации жидкой фазы через слой осадка и удалению ее с

помощью дренажа; в) испарению жидкости со свободной поверхности осадка.

При подсушке в зависимости от конструкции площадки и свойств осадка указанные процессы могут сочетаться друг с другом.

С учетом подсушки до влажности 60-80% и уборки высушенного осадка цикличность заполнения отдельных каскадов колеблется от 3-х до 10ти лет. Нагрузка на иловые площадки составляет в среднем 0,9-1,1 м3/м2 в год.

Подсушка больших объемов получаемого осадка в естественных условиях приводит к загрязнению значительных площадей, которые все труднее выделять для этих целей в районах расположения крупных станций. Наиболее перспективным направлением решения сложных и трудоемких процессов обработки осадка сточных вод является применение вакуумфильтров, центрифуг и фильтр-прессов. Однако иловые площадки еще широко применяются как в нашей стране, так и за рубежом.

Характер осадков, образующихся на всех стадиях формирования, особенно влажность осадков, оказывает влияние на возможности их дальнейшей утилизации. По упрощенной классификации различают три формы связи воды с твердыми частицами: свободную, коллоидносвязанную и химически связанную.

Свободная вода не связана полностью с твердыми частицами и поэтому

14

большая часть ее удаляется сушкой на иловых площадках и механическим обезвоживанием. Коллоидносвязанная, или связанная, вода удаляется из осадков с большим трудом, она обволакивает отдельные твердые частицы прочной гидратной оболочкой, которая препятствует отдельным частицам соединяться в более крупные агрегаты.

Для удаления воды используются улучшающие водоотдачу коагулянты и флокулянты, механическое обезвоживание, они совмещаются с мероприятиями по стабилизации состояния первичных, вторичных осадков и активного ила методами термической сушки, сбраживания, выдерживанием на иловых картах.

Химический состав осадков оказывает существенное влияние на их водоотдачу. Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щелочи и некоторые другие вещества, содержащиеся в производственных сточных водах, способствуют интенсификации процессов обезвоживания осадков и снижают расход химических реагентов на их коагуляцию перед обезвоживанием. Масла, жиры, азотистые соединения, волокнистые вещества, наоборот, являются неблагоприятными компонентами. Окружая частицы осадка, они нарушают процессы уплотнения и коагуляции, увеличивают содержание органических веществ в осадке, что сказывается на ухудшении его водоотдачи.

Водоотдача осадков во многом зависит от размера частиц его твердой фазы – чем больше размеры частиц твердой фазы, тем лучше водоотдача суспензий. Дисперсная фаза осадков включает частицы органического и минерального происхождения различных размеров, форм и свойств. Исследование зависимости содержания частиц от их размера в осадках, проведенное Академией коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова на различных осадках, показало, что в среднем около 90% частиц, содержащихся в твердой фазе уплотненного активного ила, имеют размер 0,15 мм, тогда как в сброженной в мезофильных условиях смеси осадков

15

первичных отстойников и активного ила таких частиц 75%, а в осадке первичных отстойников – 40% (рисунок 2). Осадок первичных отстойников обезвоживается значительно лучше, чем сброженный осадок. При этом наибольшее удельное сопротивление имеет осадок, сброженный в термофильных условиях.

Рисунок 2. – Зависимость содержания частиц от их размера в осадке: 1 – для сырого осадка первичных отстойников; 2 – для сброженной смеси; 3 – для уплотненного активного ила

1.2. Характеристика осадков городских сточных вод

Основными химическими элементами осадков являются углерод, фосфор, азот, сера и водород, а также микроэлементы, такие, как цинк и медь, и особо токсичные – кадмий, свинец, ртуть, которые могут достигать в осадках высоких концентраций и представлять опасность. Кроме того, в осадках содержится большое количество микроорганизмов, в том числе опасных для человека.

В таблице 1 представлен средний элементный состав осадка.

16

Таблица 1

Элементный состав осадка (в пересчете на сухое вещество)

В таблице 2 даны средние значения концентраций тяжелых металлов в осадках очистных сооружений на примере г. Серпухова (Московской обл.).

Таблица 2

Средние значения концентраций тяжелых металлов в осадках очистных сооружений г. Серпухова (мг/кг)

Органическая часть осадков быстро загнивает, выделяя неприятный запах, при этом увеличивается количество коллоидных и мелкодисперсных частиц, что вызывает дальнейшее ухудшение водоотдающей способности осадков.

Практически все возбудители болезней человека и животных (бактерии, вирусы и яйца гельминтов) могут попадать в сточные воды и,

17

следовательно, находиться в осадках. В 1 мл городских сточных вод содержится более 1 млрд. различных бактерий (прото-, мета- и паратрофов). Ввиду того, что основные загрязнения сточных вод выпадают в осадок, число бактериального населения осадков в единице объема значительно выше указанной цифры. Большое количество гельминтов содержат не только сырые, но и сброженные в мезофильных условиях осадки. Число яиц гельминтов в 1 кг осадка из первичных отстойников, активного ила и сброженной в мезофильных условиях смеси достигает нескольких сотен; в механически обезвоженном осадке число яиц гельминтов возрастает соответственно увеличению концентрации твердого вещества и достигает нескольких тысяч на 1 кг осадка. Основную массу составляют яйца аскарид; встречается власоглав, широкий лентец, солитер и др. Попадая в благоприятные условия, яйца гельминтов проходят инвазионную стадию и становятся способными заражать людей и животных. При попадании в водоемы, а также при подсушке на иловых картах только часть яиц гельминтов погибает, они могут сохраняться длительное время (до 5 лет и более) либо развиваться до личинки.

Основным ограничителем использования в сельском хозяйстве осадков сточных вод промышленных городов является наличие в них большого количества промышленных отходов, содержащих соли тяжелых и щелочноземельных металлов, соединения мышьяка, кадмия, циана, ядохимикатов, группы соединений органических веществ неизвестного характера, возможно канцерогенных (красители, пигменты, ПАВ) и др. Мировой опыт показывает, что улучшение токсикологических характеристик осадков не может быть полностью обеспечено мероприятиями, предотвращающими попадание тяжелых металлов в городскую канализационную сеть. В осадках Нижегородской станции аэрации наиболее экологически опасными по уровню содержания элементами являются Co, Ni, Zn, Cu и Cr.

18

Таким образом, с одной стороны, ОГСВ содержат ценные компоненты органического и неорганического происхождения и по удобрительной ценности сравнимы с навозом (таблица 3), с другой стороны, следует учитывать их экологическую и санитарногигиеническую опасность. Поэтому методы обработки осадков должны быть направлены на снижение опасности и, по возможности, на сохранение ценных свойств осадков.

Таблица 3

Содержание органического вещества и питательных элементов в различных отходах, % к сырой массе

При использовании ОГСВ в земледелии необходимо учитывать не только их удобрительную ценность, но и их санитарную и экологическую опасность. Как уже отмечалось, ОГСВ свойственна высокая бактериальная загрязненность, в том числе, патогенной микрофлорой. При их обработке, транспортировке и внесении в почву может возникать опасность заражения рабочих. В ОГСВ во многих случаях наблюдается повышенное содержание тяжелых металлов, которые при использовании осадка в качестве удобрения накапливаются в почве, могут переходить в растения и поступать через пищевую цепь в организм человека и животных.

Изучение накопления ИТМ в почве и растениях показало, что в последних накапливаются в основном кадмий, цинк и медь, представляющие наибольшую опасность при употреблении их в пищу или на корм скоту.

19

Наличие кобальта и никеля в количествах, угнетающих рост растений, не создает опасность их накопления в пищевой цепи. Свинец отсутствует в плодах и тех частях растений, которые идут в пищу или на корм.

Анализ ячменя, овса, кукурузы и многолетних трав, выращенных с применением термически высушенного осадка (доза ≈ 15 т/га), показал, что вносимые в почву с ОГСВ ИТМ практически не переходят в растения, т.к. их содержание в указанных культурах не превышает содержание в контроле. Однако при дозах внесения более 30 т/га наблюдается превышение. При всех изученных дозах при внесении реагентно-обработанного осадка поглощение ИТМ растениями было меньше, чем при безреагентном. Предполагается, что известь, содержащаяся в реагентно-обработанном осадке, препятствует их миграции в растения. Для исключения отрицательного влияния ОГСВ на окружающую среду при их использовании в сельском хозяйстве должны обеспечиваться их санитарная безопасность и наименьшее изменение в микроэлементном составе почвы при их внесении в нее. Эти требования выполняются при обеззараженности ОГСВ от патогенной микрофлоры и регламентировании содержания ИТМ в них.

1.3. Основные направления утилизации осадков городских сточных вод в национальном хозяйстве

Проблема утилизации осадков сточных вод сохраняет до настоящего времени двойственный характер. В разных ситуациях на первый план выдвигается либо задача безопасного удаления осадка, либо получения органических удобрений и многих других ценных продуктов и материалов.

Основная трудность в решении этой проблемы заключается в том, что осадок сточных вод представляет собой физико-химическую смесь совершенно различных соединений металлов и ряда органических соединений, затрудняющих своим совместным присутствием их разделение

20

на первоначальные составляющие.

В литературных источниках показана возможность использования осадков сточных вод не только в качестве удобрений, но и для получения многих ценных продуктов и материалов (рисунок 3).

ОГСВ, выделяемые на очистных сооружениях, можно использовать в первую очередь как ценное удобрение, значительно повышающее урожайность овощных, зерновых, плодово-ягодных и кормовых сельхозкультур. Осадки содержат все необходимые питательные вещества, уступая навозу лишь по количеству калия, и при влажности 70-95% хорошо усваиваются почвами.

Органические вещества осадков при внесении в песчаную почву способствуют дерноообразованию, хорошо армируют и укрепляют рыхлую почву, предохраняют её от эрозии, увеличивают влагоемкость.

В связи с этим осадок может успешно использоваться для превращения песчаных неплодородных почв и болот в плодородные сельскохозяйственные угодья. Так, для площади 100 га требуется около 850 тыс.м3 осадков влажностью 95% в год. Такое количество осадков может обеспечить город с числом жителей 350 тыс. чел..

Весьма перспективным направлением использования активного ила является его добавка в рацион птиц, свиней, телят и других животных. Добавки 1% активного ила в корм увеличивают рост и массу животных на 5- 15%, снижая при этом затраты на корма на 7-10%; питательная ценность мяса оказывается выше за счет увеличения сухого вещества и белка, снижения процента влаги и жира.