Глава 35. Виды, состав и свойства осадков городских сточных вод

Осадки представляют собой суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической (реагентной) очистки. При обработке осадков предусматривается максимальное снижение влажности и объема, стабилизация и обеззараживание с целью удаления их с территорий сооружений по переработке сточных вод и подготовки к утилизации.

В зависимости от типа сооружений, применяемых для очистки сточных вод, осадки бывают: грубые, задерживаемые решетками; тяжелые (песок), оседающие в песколовках; всплывающие (жиру и механические примеси), задерживаемые в отстойниках и жироловках; сырой осадок — в основном взвешенные вещества, оседающие в первичных отстойниках; активный ил — комплекс микроорганизмов коллоидного типа с адсорбированными и частично окисленными загрязняющими веществами, выпадающими во вторичных отстойниках при биологической очистке сточных вод.

В зависимости от вида обработки осадки подразделяются:
- анаэробно-сброженные в осветлителях-перегнивателях, двухъярусных отстойниках или метантенках (анаэробному сбраживанию может подвергаться осадок из первичных отстойников либо его смесь с избыточным активным илом);
- аэробно-стабилизированные — активный ил или его смесь с осадком из первичных отстойников;
- уплотненный активный ил, осадок или смеси из уплотнителей;
- промытый уплотненный сброженный осадок;
- сгущенный активный ил из сепараторов;
- сфлотированный активный ил или осадок;
- обезвоженный осадок после аппаратов механического обезвоживания;
- подсушенный осадок с иловых площадок;
термически высушенный осадок и т. п.

Количество, влажность осадков. Состав и свойства осадков из первичных и вторичных отстойников зависят от характера очищаемых сточных вод и в первую очередь от вида и количества производственных сточных вод, очищаемых совместно с бытовыми. Средняя влажность осадка, выгружаемого из первичньх отстойников, составляет 95% при самотечном удалении и 93, 8% при удалений плунжерными насосами. Влажность активного ила, выгружаемого из вторичных отстойников, после аэротенков составляет 99, 2—99, 7%, после биофильтров — 96—96,5%. Активный ил, уплотненный в илоуплотнителях вертикального типа, имеет среднюю влажность 98%, в илоуплотнителях радиального типа — 97%.

Для ориентировочных расчетов количество смеси осадка первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила при средней влажности 96,2 % может приниматься равным 0, 5—1% объема очищаемых сточных вод.

протирочная бумага в рулонах.

Количество осадка, образующегося при физико-химической (реагентной) очистке сточных вод, зависит от вида и дозы принятых реагентов и при влажности 95—96% в среднем в 2, 5 раза превышает количество осадка из первичных отстойников.

Влажность осадка, выгружаемого из метацтенков, зависит от соотношения осадка и активного ила по сухому веществу и распада беззольного вещества. При сбраживании смеси осадка из первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила средняя влажность выгружаемого осадка может приниматься равной: из метантенков — 97%, из двухступенчатых метантенков и осветлителей-перегнивателей — 93%, из аэробных стабилизаторов после 1,5—5-часового уплотнения — 95—97%.

Химический и гранулометрический состав осадков. Большую часть сухого вещества осадка из первичных отстойников (60—75%) и активного ила (70-75%) составляют органические вещества в основном белкового происхождения (до 50 %) при содержании жиров и углеводов соответственно до 20 и 8%. В сыром осадке из первичных отстойников белков примерно в 2 раза меньше, а углеводов в 2,5—3 раза больше, чем в активном иле. Сухое вещество осадка из первичных отстойников имеет следующий элементарный состав, % по массе: углерод — 35,4—87,8%; водород — 4,5-8,7%; сера — 0,2—0,7%; азот — 1,8—8%; кислород — 7,6—31, 4%. Сухое вещество активного ила содержит 44—75,8% углерода; 5,6—8,2% водорода; 0,9—2,7% серы; 3,3-9,8% азота; 12,5—43,2% кислорода.

Химический состав основной минеральной части осадков приведён в табл. 36. 1. В осадках сточных вод могут также содержаться свинец, кобальт, кадмий, ртуть и другие элементы. Химический состав осадков оказывает существенное влияние на их обработку. Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щелочи способствуют улучшению процесса осаждения, уплотнения и обезвоживания осадков, снижению расхода химических реагентов на их коагуляцию перед обезвоживанием. Масла, жиры, азотистые соединения усиливают газовыделение при сбраживании осадков, но нарушают процессы уплотнения и коагуляции. При содержании ионов тяжелых металлов, соединений хрома, мышьяка и др., а также красителей и синтетических моющих веществ снижается газовыделение, ухудшаются процессы анаэробного и аэробного сбраживания осадков, снижается качество — осадка при утилизации его как удобрения.

Водоотдача осадков во многим зависит от размера частиц их твердой фазы. Чем мельче частицы, тем хуже водоотдача осадков. Органическая часть осадков быстро загнивает, выделяя неприятный запах, при этом увеличивается количество коллоидных и мелкодисперсных частиц, вследствие чего снижается водоотдача осадков.

По данным московских очистных станций, в осадке первичных отстойников содержание частиц размером более 7—10 мм составляет 5—20%, размером 1 — 7 мм — 9—33% и размером менее 1 мм 50—88% общей массы сухого вещества. Сброженный в метантенках осадок по сравнению со свежим имеет более мелкую и однородную структуру и содержит частиц размером менее 1 мм в среднем 85%. В активном иле количество частиц размером менее 1 мм достигает 98%; размером 1—3 мм — 1,6%, более 3 мм — 0,4 % массы сухого вещества. Удельное сопротивление осадков фильтрации — сопротивление единицы массы твердой фазы, отлагающейся на единице площади фильтра при фильтровании под постоянным давлением суспензии, вязкость жидкой фазы которой равна единице. Удельное сопротивление, характеризующее водоотдачу осадков, определяет необходимость и степень обработки осадков перед механическим обезвоживанием, выбор метода обработки осадков и расчет соответствующих сооружений.

В табл. 35. 2 приведены значения удельных сопротивлений осадков городских сточных вод. Свежий сырой осадок из первичных отстойников и неуплотненный активный ил имеют значительно меньшие удельные сопротивления, чем сброженные осадки и уплотненный активный ил. Сбраживание осадков, несмотря на минерализацию, ухудшает их водоотдачу.

Формы связи воды с частицами твердой фазы. Влага в осадках может находиться в химической, физико-химической, физико-механической связи с твердыми частицами, а также в форме свободной влаги. Чем больше связанной влаги в осадке, тем больше энергии нужно затратить для ее удаления. Увеличение водоотдачи осадков достигается перераспределением форм связи влаги с твердыми частицами в сторону увеличения свободной и уменьшения связанной влаги путем коагуляции осадков химическими реагентами, введением присадочных материалов, замораживанием с последующим оттаиванием, тепловой обработкой и другими методами.

Теплофизические характеристики осадков, необходимые для правильной организации и расчета процессов термической обработки осадков (табл. 35.3). Теплота сгорания сухого вещества осадков в среднем составляет 16,7—18,4 МДж/кг, высшая теплота сгорания горючей массы 24,3—26,4 МДж/кг. При увеличении влажности и зольности осадков возрастает их удельная теплоемкость и снижаются теплота сгорания и выход летучих.