В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются осадки, которые следует утилизировать или обрабатывать с целью уменьшения загрязнения биосферы. Обработка и утилизация этих осадков весьма затруднена из-за большого их количества, разного состава и высокой влажности.

Как правило, осадки сточных вод представляют собой трудно фильтруемые суспензии. Во вторичных отстойниках в осадке находится в основном активный ил, объем которого в 1,5…2 раза больше, чем объем осадка из первичного отстойника. Одной из определяющих величин для выбора метода обработки осадка является его удельное сопротивление (r). Для осадков сточных вод r изменяется в широких пределах, для сырого ила r = (72…7860) 10¹⁰ см/г.

Вода в осадках может быть в свободном и связанном состоянии. Свободная вода (60…65 %) может быть легко удалена из осадка. Связанная вода (30…35 %) подразделяется на коллоидно-связанную и гигроскопическую. Коллоидно-связанная влага обволакивает твердые частицы гидратной оболочкой и препятствует их соединению в крупные агрегаты. Некоторое количество этой влаги удаляется из осадка после коагуляции в процессе фильтрования.

Методы уплотнения активного ила

Для обработки и обезвреживания осадков используют различные технологические процессы (рис. 4.30). Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении в среднем удаляется 60 % влаги, и масса осадка сокращается в 2,5 раза.

Наиболее трудно уплотняется активный ил. Влажность активного ила составляет 99,2…99,5 %. Взвешенные частицы ила имеют небольшой размер и плотную гидратную оболочку, которая препятствует уплотнению. Уплотнение активного ила сопровождается ростом удельного сопротивления, фильтрования. Для уплотнения используют ила гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы. Гравитационный метод уплотнения является наиболее распространенным. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или радиальные отстойники.

При флотационном методе уплотнения осадков частицы активного ила прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность. Для образования пузырьков воздуха может быть использован метод напорной флотации, вакуум-флотации, электрофлотации и биологической флотации (пузырьки воздуха образуются за счет развития и жизнедеятельности микроорганизмов при подогреве осадка до температуры 35…55 °С).

Стабилизацию осадков проводят для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества на двуокись углерода, метан и воду. Ее ведут при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных условиях проводится сбраживание в септиках, двухярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. Септики и отстойники используют на установках небольшой производительности. Наиболее широкое распространение получили метантенки. Высокая влажность и большое содержание белка в активном иле приводят к низкому выходу газа при анаэробном сбраживании, поэтому в метантенках выгоднее сбраживать один сырой осадок из первичных отстойников, а активный ил подвергать аэробной стабилизации.

Аэробная стабилизация заключается в продолжительном аэрировании ила в аэрационных сооружениях с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. В результате нее происходит распад (окисление) основной части биоразлагаемых органических веществ (до СО₂, Н₂О и Н₂). Оставшиеся органические вещества теряют склонность к загниванию, т.е. стабилизируются. Расход кислорода на процесс стабилизации приблизительно равен 0,7 кг на 1 кг органического вещества.

Аэробную стабилизацию можно проводить и для смеси осадков из первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффективность процесса аэробной стабилизации зависит от его продолжительности, интенсивности аэрации, температуры, состава и свойств окисляемого осадка.

Кондиционирование осадко – это процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией. Его проводят путем снижения удельного сопротивления и улучшения водоотдающих свойств осадков вследствие изменения их структуры и форм связи воды. Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами.

При реагентной обработке осадка происходит коагуляция – процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц. Образование при этом крупных хлопьев с разрывом сольвентных оболочек и изменением форм связи воды способствует изменению структуры осадка и улучшению его водоотдающих свойств. В качестве коагулянтов используют соли железа и алюминия – FeSO₄ и Fe₂(SO₄)₃, FeCl₃, A1₂(SO₄)₃, а также известь. Эти соли вводят в осадок в виде 10 %-х растворов. Могут использоваться отходы, содержащие FeCl₃, FeSO₄, A1₂(SO₄)₃ и др.

Осадки, сброженные в термофильных условиях, имеют более высокое удельное сопротивление и требуют при обезвоживании повышенных доз коагулянтов, так как при сбраживании повышается щелочность осадка. Для ее снижения и уменьшения расхода коагулянтов осадки предварительно промывают водой. Промывку проводят в специальной аэрируемой камере.

Вместо коагулянтов можно использовать и флокулянты. Для осадков с высоким содержанием органических веществ (зольность 25…50 %) целесообразно использовать только катионные флокулянты; для осадков с зольностью 55…65 % следует комбинировать катионные и анионные флокулянты, а для осадков с зольностью 65…70 % применять анионные флокулянты. Расход флокулянтов в сравнении с расходом коагулянтов значительно меньше, поэтому, стоимость обработки сокращается примерно на треть.

К безреагентным методам обработки относятся: тепловая обработка, замораживание с последующим отстаиванием, электрокоагуляция и радиационное облучение.

Тепловую обработку ведут нагреванием осадка в автоклавах до температуры 170…200 °С в течение 1 ч. За это время коллоидная структура осадка разрушается, часть его переходит в раствор, а остальная часть хорошо уплотняется и фильтруется на вакуум-фильтрах. В них влажность снижается с 92…94 до 70…75 %. Осадок после термической обработки и обезвоживания может быть использован в качестве азотно-фосфорного удобрения.

Обезвоживание осадков

Осадки обезвоживают на иловых площадках и механическим способом. Иловые площадки – это участки земли (корты), со всех сторон окруженные земляными валами. Если почва хорошо фильтрует воду и грунтовые воды находятся на большой глубине, иловые площадки устраивают на естественных грунтах. При залегании грунтовых вод на глубине до 1,5 м для отвода фильтрата устраивают специальный дренаж из труб, а иногда организуют искусственное основание.

Рабочую глубину площадок выбирают в пределах 0,7…1 м. Площадь иловых площадок зависит от количества и структуры осадка, характера грунта и климатических условий. Иловая вода после уплотнения направляется на очистные сооружения.

Могут быть устроены площадки для осаждения ила и поверхностным удалением воды. Такие площадки можно делать в местах с теплым климатом и для очистных сооружений производительностью более 10 000 м³/сут. Их располагают в виде каскада из 4…8 площадок.

Иловые площадки-уплотнители сооружают глубиной до 2, м с одонепроницаемыми стенами и дном. Принцип действия их основан на расслоении осадка при отстаивании. Жидкость удаляется периодически с разных глубин над слоем осадка. Осадок периодически удаляется специальными машинами.

Механическое обезвоживание осадков производят на вакуум-фильтрах, фильтрпрессах, центрифугах и виброфильтрах, с предварительной коагуляцией, флокуляцией.

При термических методах обработки осадков для сушки осадков применяют конвективные сушилки. В качестве сушильного агента используют топочные газы, перегретый пар или горячий воздух, наиболее часто – дымовые газы при температуре 500…800 °С. Применяют сушилки различных конструкциий: многоподовые, барабанные, ленточные, петлевые, с кипящим слоем, распылительные и вакуум-установки.