Методическое пособие 437
.pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
А.В. КУРАЛЕСИН, А. В. БАХМЕТЬЕВ,
Л.К. БАХМЕТЬЕВА
ОБРАБОТКА ОСАДКОВ,
ВЫДЕЛЕННЫХ ПРИ ОЧИСТКЕ
ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД
Учебное пособие
для студентов направления 08.03.01 «Строительство», профиля «Водоснабжение и водоотведение»
очной и заочной форм обучения
Воронеж 2018
1
УДК 628.336.3(075) ББК 38.761.2я7
К935
Рецензенты:
кафедра безопасности жизнедеятельности Воронежского государственного университета;
С. И. Корышев, начальник цеха очистных сооружений канализации станций и сетей (ЦОСКСиС) РВК «Воронеж»
Куралесин, А. В.
Обработка осадков, выделенных при очистке природных
К935 и сточных вод : учебное пособие / А.В. Куралесин, А.В. Бахметьев, Л. К. Бахметьева; ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет».– Воронеж: Изд-во ВГТУ. - 80 с.
ISBN 978-5-7731-0671-5
Рассматриваются методы обработки осадков сточных вод (уплотнение, обезвоживание, сушка) с целью подготовки их к последующей утилизации. Приведены принципиальные схемы обработки осадков в зависимости от их свойств. Описаны сооружения, применяемые для обработки осадков природных и сточных вод, даны основные технические характеристики и параметры работы этих сооружений.
Предназначено для студентов бакалавриата направления 08.03.01 «Строительство», профиля «Водоснабжение и водоотведение» очной и заочной форм обучения, а также может быть использовано студентами магистратуры.
Ил. 23. Табл. 31. Библиогр.: 14 назв.
УДК 628.336.3(075) ББК 38.761.2я7
Печатается по решению учебно-методического совета Воронежского государственного технического университета
ISBN 978-5-7731-0671-5 |
© Куралесин А. В., Бахметьев А. В., |
|
Бахметьева Л. К., 2018 |
|
© ФГБОУ ВО «Воронежский |
|
государственный технический |
|
университет», 2018 |
2
Введение
Вобщей проблеме очистки природных и сточных вод обработка осадков представляет собой наиболее сложный и еще окончательно не решенный вопрос. Если сточные воды после надлежащей очистки вновь возвращаются в кругооборот (в водоем или на повторное использование), то выделенные в процессе очистки осадки постоянно накапливаются и проблема их размещения и удаления с каждым годом становится все более острой. В особенности это относится к органическим осадкам станций биологической очистки городских и производственных сточных вод.
Проще с минеральными осадками природных и сточных вод, не содержащих ионов тяжелых металлов, они обезвоживаются, а затем увозятся и складируются в специально отведенных местах. Суммарный объем осадков составляет 0,6-1 % общего объема очищаемых сточных вод при соотношении осадков первичных отстойников к избыточному активному илу (для городских сточных вод) 1: (0,8-2) по объему и 1:(0,1-1) по сухой массе.
Висходном виде осадки представляют собой источник загрязнения окружающей среды. Поэтому необходимо не только обеззараживать и обезвреживать осадки, но и решать вопросы удаления их с территории очистных сооружений и последующей утилизации. Цель обработки осадков сточных вод – получение продукта, свойства которого обеспечивают возможность уменьшения его объема и утилизации либо сведения к минимуму ущерба, наносимого окружающей среде.
Внастоящем учебном пособии приведены основные положения разработки раздела «Обработка осадков» проектов «Подготовка воды» и «Очистка сточных вод», которые являются завершающей стадией этих проектов.
Особенно это касается проектов очистки бытовых и производственных сточных вод, поскольку без решения вопроса об утилизации или ликвидации осадков при сбросе их, например «на рельеф», вопрос эффективности очистки сводится к нулю, так как при этом осадки дождевыми потоками смываются в водоемы, присутствующие в осадках соли и ионы тяжелых металлов вместе с дождевыми и талыми водами проникают в подземные горизонты и загрязняют подземные воды, делая их непригодными для использования.
Впособии приведены типы основных сооружений для подготовки осадков к утилизации или захоронению, а также представлены нормативные и справочные данные для расчета этих сооружений.
3
1. Свойства осадков и общая схема их обработки
Некоторые осадки имеют малую концентрацию. Для ее повышения, например избыточного активного ила перед его дальнейшей обработкой, рекомендуется осуществлять его уплотнение (сгущение) в сооружениях и оборудовании различных типов (гравитационные, механические либо флотационные уплотнители и т.п.). Содержание сухого вещества перед подачей ила в метантенки должно быть не менее 4,5 %. Принципиальная схема процессов обработки осадков приведена на рис. 1.
Исходный осадок
Уплотнение
Стабилизация
Кондиционирование
Обезвоживание
Термическая |
|
|
|
Обеззараживание |
сушка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ликвидация |
|
Утилизация |
|
|
|
Рис. 1. Схема процессов обработки осадков [1, с. 435]
Обобщенные показатели осадков городских очистных сооружений даны в табл. 1 [1]
4
Таблица 1 Показатели осадков станций очистки городских сточных вод
Вид осадка |
Количество осадка |
Влаж- |
Зольность |
Удельное |
|
|
на 1 чел. в сут |
ность, |
сухого |
сопротивление |
|
|
по су- |
по объему |
% |
вещества, |
фильтрованию, |
|
хому |
влажного |
|
% |
г.10-10 , см/г |
|
вещест- |
осадка, л |
|
|
|
|
ву, г |
|
|
|
|
Отбросы с решеток |
4-6 |
0,02 |
70-80 |
7-8 |
- |
(прозоры 16 мм) |
|
|
|
|
|
Песок из песколовок |
3 |
0,02 |
60 |
80-90 |
- |
Сырой осадок пер- |
25-40 |
0,5-0,8 |
93-95 |
15-30 |
50-500 |
вичных отстойников |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сброженный осадок |
30 |
0,4-0,7 |
93-96 |
28-40 |
350-1800 |
первичных отстой- |
|
|
|
|
|
ников в мезофиль- |
|
|
|
|
|
ных условиях |
|
|
|
|
|
Сырой активный ил |
20-32 |
0,7-1,1 |
97 |
25-30 |
150-5000 |
(уплотненный) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сброженный |
15-25 |
0,3-0,6 |
94-96 |
35-40 |
|
в мезофильных ус- |
|
|
|
|
2300 |
ловиях активный ил |
|
|
|
|
|
Смесь осадка пер- |
45-70 |
0,6-2,3 |
93-97 |
20-30 |
200-1200 |
вичных отстойников |
|
|
|
|
|
и активного ила (уп- |
|
|
|
|
|
лотненного) |
|
|
|
|
|
То же, сброженный в |
30-45 |
0,4-2,2 |
92-98 |
35-40 |
|
мезофильных усло- |
|
|
|
|
1200-1600 |
виях |
|
|
|
|
|
То же, сброженный в |
30-45 |
0,75-1,5 |
96-97 |
40 |
|
термофильных усло- |
|
|
|
|
1400-10000 |
виях |
|
|
|
|
|
Аэробно стабилизи- |
15-25 |
0,3-0,6 |
97 |
30-35 |
|
|
|
|
|
|
|
рованный активный |
|
|
|
|
4000-6000 |
ил (уплотненный) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пользуясь данными табл. 1, зная количество человек, проживающих в населенном пункте, определяется общее количество осадка и подбирается оборудование для его обработки.
5
2.Состав сооружений по обработке осадков сточных вод
Втабл. 2 приведен состав сооружений обработки осадков для станций различной производительности.
Таблица 2
Рекомендации по выбору состава сооружений
по обработке осадков сточных вод
Типы |
Производительность станции по среднесу- |
||||||||
очистных |
точному расходу, |
|
|
|
|
||||
сооружений |
тыс. м3/сут. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
≤10 |
15 |
20 |
|
30 |
40 |
50 |
100 |
≥100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обработка осадка: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песковые площадки |
+ |
+ |
+ |
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песковые бункеры |
+ |
+ |
+ |
|
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Илоуплотнители: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) гравитационные: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- вертикального типа |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
- |
- |
+ |
|
+ |
- |
- |
- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- радиального типа |
- |
- |
- |
|
- |
- |
+ |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
- |
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
б) флотационные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(радиального типа) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стабилизация, обезвоживание и сушка осадка: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
аэробная стабилизация смеси |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сырого осадка первичных от- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стойников с активным илом или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
биопленкой, обеззараживание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или компостирование, обезво- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
живание на иловых площадках |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
+ |
+ |
|
+ |
+ |
+ |
- |
- |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2
Типы |
Производительность станции по среднесу- |
||||||||
очистных |
точному расходу, тыс. м3/сут. |
|
|||||||
сооружений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
≤10 |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
100 |
≥100 |
||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стабилизация, обезвоживание и сушка осадка: |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раздельная обработка активного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ила в аэробных стабилизаторах, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сырого осадка в метантенках, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обеззараживание или компо- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
тыс. |
|
стирование смеси, механиче- |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ское обезвоживание или сушка |
|
|
|
|
|
|
|
150 |
|
на иловых площадках |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
до |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
анаэробное сбраживание смеси |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сырого осадка и активного ила, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обеззараживание, механическое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обезвоживание или сушка на |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
|
иловых площадках |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
анаэробное сбраживание смеси |
|
|
|
|
|
|
|
250 |
|
сырого осадка и активного ила, |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
более тыс. |
||
механическое обезвоживание и |
|
|
|
|
|
|
|
||
термическая сушка |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Обработка осадков сооружений малой производительности
При небольшой производительности очистных сооружений обычно используют для очистки сточных вод септики, двухъярусные отстойники, осветлители. Их достоинство в том, что осадок в них сбраживается в анаэробных условиях и после дополнительной подсушки на иловых площадках практически пригоден к использованию в качестве удобрения.
Септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели
Септики являются комбинированными сооружениями, в которых происходит осветление сточной воды и сбраживание (перегнивание) выпавшего осадка (рис. 2). Септики обычно применяют при очистке небольших количеств сточных вод (до 25 м3/сут), поступающих от отдельно стоящих зданий или группы зданий. Последующей ступенью очистки сточной воды являются поля подземной фильтрации, песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи или колодцы.
7
Рис. 2. Септики [1, с. 450]
Взвешенные вещества, содержащиеся в сточной воде, в ыпадают в осадок, накапливающийся на дне септика. Осадок представляет со бой частицы преимущественно органического происхождения. Под действием анаэробных микроорганизмов органическ ая часть осадка превращается в газы и минеральные соединения.
Полный расчетный объем септика следует принимать равным 3- суточному притоку при расходе сточных вод до 5 м3/сут, и не менее 2,5- суточному при расходе более 5 м3/сут. Влажность осадка, сброженного в септике, составляет 90 %.
Взависимости от расхода сточных вод принимают: однокамерные септики - при расходе до 1 м3/сут; двухкамерные - при расходе до 10 м3/сут; трехкамерные - при расходе свы ше 10 м3 /сут.
Вдвухкамерных сеп тиках объем первой камеры следу ет принимать равным 0,75, а в трехкамерны х - 0,5 расчетного объема. При этом объем второй и третьей камер надлежит принимать по 0,25 расчетного объема. Эти септики выполняют из сборного ж елезобетона.
Двухъярусные отст ойники служат для осветления сто чных вод, уплот-
нения и сбраживания вып авшего осадка (рис. 3). Они примен яются на станциях пропускной способностью до 10 тыс. м3/сут.
8
Рис. 3. Парный двухъярусный отстойник с двумя желоба ми [1, с. 454]: 1 - распределительный лоток; 2 - выгрузочная иловая труба;
3 - осадочный желоб; 4 - выгрузочно-загрузочная щель; 5 - камера сбраживания осадка
Данные для подбора двухъярусных отстойников предста влены в табл. 3.
Таблица 3
|
Конструктивное исполнен ие сооружений |
|
|||||||
Основные параметры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Монолитное |
|
|
Сборное |
|||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр, м |
6 |
6 |
9 |
9 |
9 |
|
12 |
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общая высота |
7,6 |
8,8 |
8,5 |
9,7 |
8,5 |
|
8,2 |
|
9,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пропускная способност ь, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м3/ч, при периоде отстаив а- |
13,7 |
13,7 |
37,5 |
37, 5 |
31 |
|
67 |
|
67 |
ния 1,5 ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
Основным недостатком двухъярусных отстойников является большой объем иловой части, что существенно увеличивает стоимость сооружения. Большая глубина отстойников делает невыгодным их применение при высоком уровне грунтовых вод.
Осветлители-перегниватели являются комбинированным сооружением, состоящим из осветлителя с естественной аэрацией, концентрически располагаемого внутри перегнивателя (рис. 4).
Осветлители следует проектировать в виде вертикальных отстойников с внутренней камерой флокуляции, с естественной аэрацией за счет разности уровней воды в распределительной чаше и осветлителе.
Сточные воды по лотку 1 подаются в центральную трубу 2, к концу которой прикреплен отражательный щит.
Напор воды 0,6 м, обусловленный разностью отметок уровня жидкости на входе в трубу и в осветлителе, обеспечивает скорость движения в трубе 0,5-0,7 м/с, необходимую для засасывания воздуха из атмосферы. Воздушная смесь из трубы 6 поступает в камеру флокуляции, где сточная вода находится в течение 20 мин, затем направляется в отстойную камеру, проходя образовавшийся взвешенный слой. Продолжительность пребывания в отстойной камере не менее 70 мин.
Осадок, выпавший на дно осветлителя, по трубе 12 направляется в приемный резервуар насосной станции, откуда насосом по напорному трубопроводу подается в верхнюю зону перегнивателя, в которой осадок подвергается сбраживанию. Для предупреждения образования корки в камере сбраживания осадок периодически перемешивается. Основные размеры осветлителей приведены в табл. 4.
Таблица 4
Основные размеры осветлителей-перегнивателей
|
Параметры осветлителя, м |
Технологический |
Пропускная |
||
Диаметр со- |
|
|
объем перегни- |
способность |
|
|
площадь зо- |
||||
оружения, м |
|
вателя, м3 |
сооружения, |
||
диаметр |
ны осветле- |
||||
|
|
м3/ч |
|||
|
|
ния |
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
9 |
5 |
15,5 |
306 |
41,3 |
|
12 |
5 |
15,5 |
640 |
50 |
|
15 |
6 |
22,5 |
1060 |
73 |
|
|
|
|
|
|
10