ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОЦЕССА СТАБИЛИЗАЦИИ

Аэробная стабилизация осадков может осуществляться как в непрерывном, так и периодическом режиме. В последнем случае осадок в стабилизатор подается до полного заполнения резервуара. Одновременно с подачей осадка он аэрируется для предотвращения оседания. Перед подачей в стабилизатор осадок уплотняется, уплотнять его можно также после стабилизации либо непосредственно в стабилизаторе перед опорожнением. Аэробной стабилизации могут 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 дугих факторов. Процесс аэробной стабилизации обычно происходит в психрофильно-мезофильной зоне жизнедеятельности микроорганизмов при температуре от 10 до 42°С и затухает при температуре менее 8°С. Степень распада органических веществ изменяется в среднем от 10 до 50%, при этом жиры распадаются на 65— 75%, белки — на 20—30%, а углеводы практически не распадаются. 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. Удельный расход воздуха следует принимать равным 1—2 м3/ч на 1 м3 объема стабилизатора при интенсивности аэрации не менее 6 м3/(м2 • ч).

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.

В отличие от мезофильного процесса при термофильном необходимый кислородный режим может обеспечиваться только механическими аэраторами в связи с меньшей растворимостью кислорода в воде при повышенных температурах. При этом расход электроэнергии возрастает в 2—3 раза.

Аэробная стабилизация осадков проводится обычно в сооружениях типа аэротенков глубиной 3—5 м.

Отстаивание и уплотнение аэробно стабилизированного осадка следует проводить в течение 1,5—5 ч в отдельно стоящих ило- уплотнителях или в специально выделенной зоне внутри стабилизатора. Влажность уплотненного осадка — 96,5—98,5%. Иловая вода должна направляться в аэротенки.

Процесс непрерывной аэробной стабилизации может осуществляться по нескольким схемам [14]. Простейшей является схема, применяемая на очистных сооружениях при отсутствии первичных отстойников. При этом избыточный активный ил поступает в стабилизатор непосредственно из вторичных отстойников или после илоуплотнителей (рис. 16.2, а, б) возможна совместная стабилизация осадка из первичных отстойников с уплотненным активным илом (рис. 16.2, в).

Схемы аэробной стабилизации осадка

Рис. 16.2. Схемы аэробной стабилизации осадка:

  • 7 — подача сточной воды; 2 — решетка и песколовка;
  • 3 — первичный отстойник; 4 — аэротенк; 5 — вторичный отстойник; 6 — очищенные сточные воды; 7 — избыточный активный ил; 8 — уплотнитель; 9 — иловая вода; 10 — стабилизатор;
  • 7 7 — осадок из первичного отстойника; 12 — стабилизированный осадок; 13 — циркуляция уплотненного осадка; 14 — метантенк

По схеме, представленой на рис. 16.2, г, в стабилизатор подают осадок из первичных отстойников и неуплотненный активный ил. Стабилизированный осадок направляется в илоуплотнитель. После уплотнения основная масса осадка возвращается в стабилизатор (рециркуляция), а меньшая часть направляется на дальнейшую обработку. Согласно этой схеме осадок промывается большим количеством воды. Хотя время пребывания осадка в стабилизаторе сокращается, существенно улучшается его водоотдача.

Перспективными являются схемы анаэробно-аэробной обработки смеси осадка и ила (рис. 16.2, д). Анаэробный реактор работает как обычный одноступенчатый метантенк, в котором при увеличении продолжительности сбраживания достигается глубокая стабилизация органического вещества с высоким выходом газа. В этом случае аэробный реактор рассчитывают, исходя из периода и температуры, необходимых только для улучшения водоотдачи стабилизированного осадка. При более коротком периоде анаэробной стадии происходит неполное сбраживание с потерей 15—20% биогаза. Поэтому продолжительность аэробного процесса должна быть увеличена для повышения необходимой степени стабилизации органического вещества. Мезофильное сбраживание в течение 6 сут с последующей аэробной стабилизацией в течение 3—4 сут позволяет значительно улучшить водоотдающие свойства осадка. При сочетании термофильного сбраживания с аэробной минерализацией достигаются обеззараживание осадка и хорошие показатели влагоотдачи.

Контроль процесса стабилизации следует проводить по скорости потребления кислорода и ферментативной (дегидрогеназной) активности ила, которые снижаются до определенной величины, после чего изменяются незначительно.

К моменту окончания процесса окисления экзо- и эндогенных субстратов удельное сопротивление фильтрации принимает минимальное значение, которое при продолжении аэрации начинает снова возрастать.

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.

Данные по изменению удельного сопротивления осадков в процессе их аэробной стабилизации приведены в табл. 16.1, из которой видно, что уплотненные осадки имеют высокие значения удельного сопротивления фильтрации, причем с увеличением продолжительности процесса аэробной стабилизации водоотдающая способность осадков, как правило, снижается. Аэробной стабилизации подвергался неуплотненный активный ил, уплотненный в уплотнителях и концентрированный непосредственно в стабилизаторах как раздельно, так и в смеси с осадком из первичных отстойников.

Таблица 16.1

Изменение удельного сопротивления в процессе аэробной стабилизации уплотненных осадков

Тип осадка

% сухо- го вещества

Удельное сопротивлением фильтрации R, см/г

Продолжительность процесса аэробной стабилизации, сут

0

5

10

15

40

Уплотненный активный ил

2,0-2,5

  • 800-
  • 1130
  • 1290—
  • 4500
  • 5140—
  • 6250
  • 4030-
  • 5700
  • 970-
  • 1160

Сырой осадок первичных отстойников

3,7-?,8

  • 300-
  • 410
  • 380-
  • 530
  • 2100—
  • 4500
  • 3700-
  • 6720
  • 1070—
  • 1300

Смесь сырого осадка и активного ила

3,0-4,5

  • 602-
  • 775
  • 2170—
  • 5170
  • 2470-
  • 3760
  • 3300-
  • 5220
  • 830-
  • 1070

Примечание: R = r ? 10-10.

Типичная кривая зависимости удельного сопротивления от времени уплотнения активного ила приведена на рис. 16.3. В процессе уплотнения активного ила его концентрация возрастает при одновременном увеличении удельного сопротивления фильтрации, а следовательно, ухудшении водоотдающих свойств ила. Кинетика уплотнения активного ила позволяет определять рациональную концентрацию активного ила и время его уплотнения.

В аэробно стабилизированном осадке количество яиц гельминтов может достигать нескольких сотен в каждом килограмме сухого вещества осадка, причем они могут быть жизнеспособными в течение длительного времени. Опыты показали, что яйца гельминтов в осадке погибают при 60°С в течение нескольких минут, при 70°С — в течение нескольких секунд. Они также погибают в процессе компостирования обезвоженных осадков.

Разработаны усовершенствованные технологические схемы аэробной стабилизации и обработки осадков (рис. 16.4) [19].

Зависимость удельного сопротивления активного ила (/?) и его концентрации (С) от времени уплотнения (f)

Рис. 16.3. Зависимость удельного сопротивления активного ила (/?) и его концентрации (С) от времени уплотнения (f)

По этим схемам продолжительность уплотнения избыточного активного ила должна составлять 3—5 ч. Уплотненный активный ил концентрацией 10—13 г/л подвергается аэробной стабилизации 7 в течение 5—8 сут с аэрацией воздухом в количестве 1 м33 ила в час. Стабилизированный ил уплотняется в зоне 8 (в уплотнителе) до концентрации 1,5—2,5%, затем он подвергается дегельминтизации 16 путем нагревания 18 до температуры 70°С. Обеззараженный осадок подсушивается на иловых площадках 20. Нагрузка на иловые площадки на искусственном основании с дренажом при низких значениях удельного сопротивления (20— 60) • 1010 см/г может приниматься до 3—5 м32 в год. Для достижения указанной нагрузки необходимо: контролировать аэробную стабилизацию по удельному сопротивлению осадка; осуществлять процесс минерализации до стадии, предотвращающей загнивание ила.

Для станций аэрации производительностью до 20 тыс. м3/сут схема включает аэробную стабилизацию смеси осадка первичных отстойников Юн уплотненного 16до концентрации 13—15 г/л избыточного активного ила (в течение 5—6 ч). Продолжительность аэробной стабилизации при температуре 20°С — 10—15 сут с аэрацией воздухом в среднем в количестве 5—6 м3/м3 смеси осадка ила в час. Уплотнение аэробностабилизированной смеси в зоне 8 в течение 2—4 ч позволяет повысить концентрацию осадка до 3—4% сухого вещества. Стабилизированная смесь из уплотнителя 8 перекачивается в /7на иловые площадки 20. Нагрузка на иловые площадки с дренажом может составлять 2 м3/м2 в год. Осадок с иловых площадок 20 после подсушки компостируется с наполнителями (опилками, торфом, сухим осадком и т.п.) в буртах 21 в течение

2—3 мес. Сливная вода 9 из уплотнителя 8 с содержанием 200— 400 мг/л взвешенных веществ и дренажная вода от иловых площадок направляются на очистные сооружения.

Усовершенствованные технологические схемы аэробной стабилизации осадков

Рис. 16.4. Усовершенствованные технологические схемы аэробной стабилизации осадков:

  • 1 — поступление сточных вод; 2 — предочистка; 3 — первичные отстойники;
  • 4 — аэротенки; 5 — вторичные отстойники; 6 — уплотнители; 7 — аэробные стабилизаторы; 8 — осаждающие зоны или уплотнители; 9 — иловая вода;
  • 10 — сырой осадок на обработку; 11 — циркулирующий (возвратный) активный ил; 12 — очищенная вода на дезинфекцию и сброс; 13 — стабилизированный активный ил; 14—17— варианты обезвоживания и обеззараживания стабилизированного осадка; 18 — нагревание; 19 — механическое обезвоживание; 20— иловые площадки; 27 — компостирование;
  • 22 — обработанный осадок на утилизацию

На аэробную стабилизацию может подаваться также неуплотненный или уплотненный в течение 1 —5 ч избыточный активный ил в смеси его с осадком из первичных отстойников.

Для очистных сооружений производительностью более 20 тыс. м3/сут наиболее эффективной может оказаться схема с раздельной обработкой осадка из первичных отстойников в метантенках, а избыточного активного ила — в аэробных минерализаторах. По этой схеме активный ил уплотняется в течение 3—8 ч (6, 8). Уплотненный до 10—18 г/л активный ил в аэробном стабилизаторе 7 аэрируется в течение 7—10 сут воздухом с интенсивностью аэрации в среднем 2 м33 в час при температуре 20°С. Стабилизированный активный ил уплотняется в 8 в течение 3—5 ч и по достижении концентрации

2,5—3% перекачивается в 15 на механическое обезвоживание 19. Перед механическим обезвоживанием или после него осадок подвергается обеззараживанию 18.

Вместо механического обезвоживания осадок может подсушиваться на иловых площадках 20 с последующим компостированием 21. На более крупных станциях аэрации механически обезвоженный осадок может обеззараживаться путем компостирования или термической сушки. В последнем случае часть необходимого тепла может покрываться за счет использования газов брожения, полученных от сбраживания осадка первичных отстойников в метантенках.

Предложенные схемы позволяют сократить продолжительность процесса аэробной стабилизации и расход воздуха на аэрацию, а следовательно, объем стабилизаторов и потребность в электроэнергии, повысить нагрузку на иловые площадки, снизить расход реагентов на механическое обезвоживание стабилизированных осадков и утилизировать обеззараженные осадки в качестве удобрения.

В процессе аэробной стабилизации распад части органического вещества осадков позволяет сократить объем обработанных осадков.

Основными недостатками аэробной стабилизации (сбраживания) осадков, по сравнению с анаэробным сбраживанием, являются: высокий расход электроэнергии на аэрацию; зависимость процесса от температуры, отсутствие образования потенциального топлива (газа метана); снижение эффективности процесса в зимнее время.

Ее преимущества: простота конструкции и эксплуатации, по- жаро- и взрывобезопасность, низкое содержание ВПК и взвешенных веществ в иловой воде, отсутствие запаха стабилизированного осадка [14, 19, 24].

 
Посмотреть оригинал