Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Очистка сточных вод

Состав и свойства осадков сточных вод


Состав и свойства осадков сточных вод

В процессах механической, биологической и физико-химической очистки сточных вод на очистных сооружениях образуются различного вида осадки, содержащие органические и минеральные компоненты.

В зависимости от условий формирования и особенностей отделения различают осадки первичные и вторичные.

К первичным осадкам относятся грубодисперсные примеси, которые находятся в твердой фазе и выделены из воды такими методами механической очистки, как процеживание, седиментация, фильтрация, флотация, осаждение в центробежном поле. Ко вторичным осадкам относятся примеси, первоначально находящиеся в воде в виде коллоидов, молекул и ионов, но в процессах биологической или физико-химической очистки воды или обработки первичных осадков образуют твердую фазу. Общая классификация осадков приведена в табл. 15.1.

Составы осадков по размеру частиц отличаются большой неоднородностью. Их размеры колеблются от 10 мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности.

Классификация осадков сточных вод

Осадки первичные. Осадки грубые (отбросы) задерживаются решетками. В состав отбросов входят крупные взвешенные и плавающие вещества, преимущественно органического происхождения. По данным эксплуатации очистных станций средний состав этих отбросов в% включает бумагу – 65, тряпье – 25, древесину, пластики – 4, другие отбросы – 6.

Количество отбросов, задерживаемых решетками с прозорами 16-20 мм, на одного человека в год составляет в среднем 8 л при влажности 80% и объемной массе 750 кг/м3.

Задержанные отбросы часто подвергаются дроблению с последующим выпуском их в канал перед решеткой. Переработка этих отбросов может осуществляться в метантенках, на пиролизных установках вместе с другими осадками или направляться на компоститрование для получения удобрения вместе с мусором.

Осадки тяжелые задерживаются песколовками. В их состав обычно входят песок, обломки отдельных минералов, кирпич, уголь, битое стекло и т. п. При проектировании количество задерживаемых тяжелых примесей принимают 0,02 л на одного человека в сутки или 7,2 л в год, при влажности 60%» и объемной массе 1,5 т/м3.

Осадки плавающие, задерживаемые жироловками или всплывающие в отстойниках. Количество этих примесей в бытовых стоках на одного человека в год составляет 2 л при влажности 60%> и объемной массе 0,6 т/м3.

Осадки сырые задерживаются первичными отстойниками. В бытовых сточных водах эти осадки представляют собой студенистую, вязкую суспензию с кисловатым запахом. Органические вещества в них составляют 75-80%) и быстро загнивают, издавая неприятный запах. Влажность осадка при самотечном удалении после 2-часового отстаивания принимается 95%), а при удалении из отстойника плунжерными насосами – 93-94%>. Механический состав осадков из первичных отстойников отличается большой неоднородностью. Величина отдельных частиц колеблется от 10 мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности.

Осадки вторичные. Активный ил, задерживаемый вторичными отстойниками после аэротенков, представляет биоценоз микроорганизмов и простейших, обладает свойством флокуляции. Структура активного ила представляет хлопьевидную массу бурого цвета. В свежем виде активный ил почти не имеет запаха или пахнет землей, но, загнивая, издает специфический гнилостный запах.

По механическому составу активный ил относится к тонким суспензиям, состоящим на 98% по массе из частиц размерами меньше 1 мм. Активный ил аэротенков отличается высокой влажностью 99,2-99,7%.

Шламы, задерживаемые отстойниками или другими сооружениями после физико-химической очистки, выделяются в результате локальной очистки или доочистки промышленных сточных вод с применением реа-гентной обработки, фильтрования, электролиза, адсорбции, ионного обмена, обратного осмоса, экстракции и других методов.

Осадки сброженные в анаэробных условиях. Структура осадка сброженного в метантенках, двухъярусных отстойниках и других сооружениях анаэробного сбраживания мелкая и однородная, цвет – почти черный или темно-серый. Осадки отличаются высокой текучестью, выделяют запах сургуча или асфальта. В метантенках распад осадков сопровождается выделением большого количества газа — метана, весьма ценного для использования.

Осадки из аэробных стабилизаторов. Степень распада органического вещества при аэробной стабилизации значительно меньше, чем при анаэробных процессах, но оставшаяся часть достаточно стабильна. После аэробной стабилизации осадки уплотняются в отстойниках за 5-15 ч до влажности 96-98%о. При стабилизации бактерии коли гибнут на 95%, но яйца гельминтов не исчезают, поэтому осадки после аэробной стабилизации нуждаются в обеззараживании.

Бактериальная заселенность осадков. В осадках, как и в сточной воде, можно найти многие формы бактерий. Бактериальная заселенность осадков на порядок выше, чем сточных вод. Осадки бытовых стоков содержат большое количество яиц гельминтов. При термофильном сбраживании яйца глистов полностью погибают. То же наблюдается при термогравитационном или термофлотационном уплотнении осадков.

Химический состав. Знание химического состава осадков необходимо для определения наиболее рациональных путей их использования и обработки. В табл. 15.2 дан общий химический состав осадков городских сточных вод, а в табл. 15.3 – химический состав их минеральной части.

Обработка осадков, выделяемых в процессах очистки сточных вод, проводится с целью получения конечного продукта, наносящего минимальный ущерб окружающей среде или пригодного для утилизации в производстве. Эта цель достигается осуществлением трех основных процессов в различных технологических последовательностях: обезвоживанием – обеспечивающим минимальный объем осадков; стабилизацией – придающей осадкам способность не выделять вредные продукты разложения при длительном хранении; обеззараживанием – делающим осадок безопасным по санитарно-бактериологическим показателям. Принципиальная схема процессов обработки осадков дана на рис. 15.1.

Рис. 15.1. Схема процессов обработки осадков сточных вод

Показатели осадков сточных вод. Осадки сточных вод это суспензии, в которых дисперсной фазой являются твердые частицы органического и минерального происхождения, а дисперсионной средой – вода с растворенными в ней веществами.

Свойства суспензии во многом зависят от содержания в ней воды. Общее влагосодержание в осадках принято определять понятием “влажность”.

Формы связи влаги. Величина влажности не позволяет оценить в достаточной мере возможность, условия и степень удаления влаги из осадка. Это обусловлено сложностью его структуры и особенностями распределения в ней воды. Однако только направленным воздействием на структуру осадка можно обеспечить эффективность процессов его обезвоживания.

Наиболее полная классификация форм связи влаги с твердыми частицами предложена акад. П.А. Ребиндером. В основе классификации лежит энергия связи, которую необходимо затратить для выделения воды из состава структуры.

В структуре осадка влага может находиться в форме свободной воды, в физико-механической связи с твердыми частицами, а также в физико-химической и химической формах связи.

Свободная влага имеет наименьшую энергию связи со структурой осадка и легко может быть из него удалена. Физико-механически связанная влага это капиллярная вода, вода смачивания и структурная влага. Физико-химической связью удерживается адсорбционная и осмотическая влага, а химически связанная вода, входящая в состав веществ, не выделяется даже при термической сушке осадков.

Механическими методами обезвоживания осадков, а также естественной сушкой их на иловых площадках удаляется большая часть свободной воды. Физико-механическая связь нарушается вследствие выпаривания или удаления влаги под давлением в аппаратах, которые развивают давление, большее капиллярного, и разрушают структурные связи. Сила капиллярной связи зависит в основном от радиуса капилляров: для капилляров с радиусом К)-8, Ю-6 и Ю‘5 м эта сила равна соответственно 15; 0,15 и 0,015 МПа.

Вакуум, при котором обезвоживаются на вакуум-фильтрах осадки сточных вод, составляет в среднем 0,053-0,066 МПа (400-500 мм рт. ст.). При данном вакууме теоретическим пределом удаления влаги вакуум-фильтрацией будет удаление влаги макрокапилляров с радиусом более 5-10“6 м. Однако практически всю эту воду вакуум-фильтрацией удалять нецелесообразно, так как скорость водоотдачи капиллярной влаги относительно мала.

Центрифугированием или фильтр-прессованием, при которых возможно нарушение более прочных видов связи, можно добиться удаления части связанной влаги. Это подтверждается опытами по обезвоживанию осадков городских сточных вод на фильтр-прессах и центрифугах, где отфильтрованный осадок имеет более низкую влажность по сравнению с его влажностью после вакуум-фильтрации.

Для изучения форм связи влаги с частицами твердой фазы наибольшее распространение получил метод изотермической сушки, предложенный М.Ф. Казанским. Этот метод основан на изучении кинетики сушки образца осадка при температуре 105° С и постоянном контроле влажности. В результате измерений получают зависимости, имеющие характерный вид (рис. 15.2).

Рис. 15.2. Зависимости интенсивности сушки осадков от их влажности:
1 – сырой осадок из первичных отстойников; 2 – сброженная смесь сырого осадка и активного ила; 3 – уплотненный активный ил

Типичная кривая состоит из четырех участков. На участке (а-б) происходит прогревание осадка, интенсивность сушки быстро возрастает, однако испаряется лишь небольшое количество свободной воды. На участке (б-в) интенсивность сушки остается постоянной, удаляется основная масса свободной воды и в несколько раз уменьшаются объем и масса осадка. На участке (в-г), характеризующем удаление физико-механически связанной влаги, наблюдается прямолинейная зависимость снижения интенсивности сушки осадка от его влажности. Это снижение происходит вследствие расходования части энергии на преодоление сил связи воды с твердыми частицами. На участке (г-д) снижение интенсивности от влажности осадка приобретает криволинейный характер, что обусловливается возрастающей затратой энергии на преодоление сил связи воды с твердыми частицами.

Наибольшее практическое значение имеет интервал (б-г), на протяжении которого выделяется основная масса воды.

Активный ил, в отличие от осадков других типов, изменяет свои свойства при уплотнении. Он обладает высокой структурообразующей способностью, вследствие чего уплотнение приводит к иммобилизации свободной воды, то есть с увеличением концентрации активного ила часть свободной воды переходит в коллоидно-связанную. На рис. 15.2 видно, что в уплотненном иле и сброженном осадке содержится больше трудноуда-ляемой воды, чем в сыром осадке.

В общем случае положение критических точек влажности позволяет оценить влияние на водоотдачу осадков различных методов обработки, а также выбирать наиболее эффективные методы подготовки осадков к механическому обезвоживанию.

При удалении из осадков свободной воды зависимость объема осадка W от его концентрации С может быть определена по формуле:
где г- период фильтрования, с; W – объем фильтрата, полученный за период т, м3; /л – динамическая вязкость, Па с; С – масса твердой фазы кека, отлагающегося на фильтре при получении единицы объема фильтрата, кг/м3; F – площадь фильтра, м2; р – разность давления, Па; г – удельное сопротивление фильтрации, м/кг.
Величина удельного сопротивления фильтрации характеризует способность осадка к влагоотдаче при обезвоживании методами фильтрования под действием вакуума или давления. Уменьшение величины этого показателя соответствует улучшению влагоотдачи.

Для многих видов органических осадков существует “критическое давление”, выше которого поры кека сужаются настолько, что фильтрация становится невозможной. На рис. 15.3 приведены схемы структур различных типов осадков.

Рис. 15.3. Схемы структур различных типов осадков:
а – легко фильтрующийся осадок; б – осадок с высоким удельным сопротивлением; в – сжимаемый осадок

Увеличение эффективности обезвоживания осадка центрифугированием достигается при величине индекса менее 6-8.





Похожие статьи:
Депонирование осадков сточных вод

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Очистка сточных вод

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум