Осадки очистных сооружений

Очистные сооружения: что такое очистка сточных вод?

Проблема утилизации осадка очистных сооружений и необходимость её решения

Переработка и обезвреживание осадка очистных сооружений – актуальный экологический вопрос для всего СНГ. Длительный период наши отстойники чистились нерегулярно, накапливались горы ила, которые никто не убирал. А если это делалось, то стихийно и бессистемно.
Присутствие данных отходов на открытом воздухе вредит окружающей среде и здоровью человека, ухудшая эпидемиологическую обстановку.

В настоящее время стоит цель минимизировать количество отходов путем целесообразного распределения, дальнейшего применения либо эффективной утилизации.

Как пример – рекультивация городских отвалов и хранилищ, содержащих остатки переработанных стоков.

В результате этой операции не только осуществляются природоохранные мероприятия, но и может извлекаться прибыль из ненужной дисперсной биомассы.

К тому же расчищаются заброшенные земельные участки, которые превращаются в ликвидное имущество. Показателен опыт столицы, где была реализована программа, позволившая в течение пятилетки завершить рекультивацию шламового хозяйства Курьяновской станции аэрации на 800 га. Утилизировано 15 млн кубометров отходов и возведен микрорайон «Мариинский парк» с жилой площадью 3,5 млн квадратных метров. В Германии известен метод сжигания ила для производства синтетического горючего. Так, сжигая 350 тыс. т ила, получают объем горючего, приравниваемый к 700 тыс. баррелей нефти и 175 тыс. т угля.

Вот чего можно достичь буквально на пустом месте, если подойти к решению проблемы с умом!

Использование осадков сточных вод в качестве удобрения

Использование осадков сточных вод в качестве удобрения — это необходимый процесс для предприятия, у которого образуется данный вид отхода. В настоящее время в России очень мало вариантов использования осадка сточных вод, поэтому использовать их в качестве удобрения — будут ещё долге годы.

Для использования осадков сточных вод в качестве удобрения необходимо разработать:

• регламент на производство удобрения
• ехнические условия на органическое удобрение

Представленные на данном сайте образцы данных документов несложно будет переработать под своё предприятие и под свои условия. В территориальном Управлении Росприроднадзора необходимо проконсультироваться (желательно в виде письменного обращения) — надо ли вам получать лицензию на деятельность по утилизации отхода. Использование осадка очистных сооружений в качестве удобрения является использованием отхода для производство нового товара — удобрения органического, а значит это — утилизация осадка очистных сооружений. К сожалению, единого мнения нет. Но позиция многих надзорных органов — лицензия у предприятий, у которых происходит образование осадка ОС и его использование в качестве удобрения — должна быть.

Какие ещё документы обязано иметь предприятие:

• паспорт на отход — осадок очистных сооружений;
• программу производственного контроля за качеством удобрения органического и его внесением в почву;

Образец программы производственного контроля:

лист 1

лист 2

лист 3

Утвержденную программу ваше предприятие должно в обязательном порядке выполнять! Поэтому если какие-то пункты являются для вас невыполнимыми, корректируйте программу, но в соответствии с нормативными документами.

Таким образом, получается, что перед выгрузкой осадка ОС из иловых карт обязательно должны быть отобраны пробы на содержание тяжелых металлов, органики, азота, фосфора, микробиологии. Результаты должны быть в пределах утвержденных норм. По опыту могу сказать, что скорее по микробиологии возможно превышение, поэтому перед отбором проб надо провести обезвреживание осадка ОС. В обязательном порядке надо провести отбор проб на земельном участке, планируемом для внесения удобрения. А далее уже делать вывоз — подходит ли указанный участок для этих целей. Необходимо соблюдать норму внесения органического удобрения. После внесения — как можно быстрее произвести запахивание удобрения.

Внесение удобрения в почву (использование осадков сточных вод в качестве удобрения) — это как раз тот момент, когда возможны проблемы. Данный процесс сопровождается выделением определенных запахов и если рядом с полем есть населенный пункт (дачи), то в результате — вы можете получить кучу обращений (жалоб) на ваше предприятие в надзорные органы. По результатам рассмотрения которых могут быть инициированы внеплановые проверки, административные расследования, в ходе которых, все документы могут быть проверены и выявлены нарушения.

И еще — если ваше предприятие относится ко 2 категории ОНВОС — у вас обязательно должен быть расчет нормативов образования отходов, в том числе и по осадку сточных вод.

Читайте также: Скважина на своем участке: почему не стоит давать воду соседям и что грозит за глубину более 5 метров

Методы утилизации осадка очистных сооружений

В прошлом веке преимущественно было распространено анаэробное сбраживание в эмшерах. В этих резервуарах стоки осветлялись, а выпавший осадок сбраживался. Отстаивание проходило в их верхнем ярусе, сбраживание — внизу.

Впоследствии придумали метантенки, в которых после химической реакции осадок обезвоживался, а затем сушился в естественных условиях на отдельных илоплощадках. Со временем мегаполисам по понятным причинам пришлось от них отказаться.

Взамен появилось оснащение, принудительно обезвоживающее обработанный реагентами осадок, пропущенный через вакуум-фильтр. Однако оно обладало серьезными изъянами: небольшой мощностью, низким КПД, значительным потреблением реагентов, громоздкостью, низкой экозащищенностью, – и сегодня подобные схемы уходят в прошлое.

Актуальным стало оборудование, обезвоживающее ил в камерных, ленточных, рамных фильтр-прессах, шнековых обезвоживателях, осадочных машинах. Его кондиционирование происходит посредством органических флокулянтов.

Пиролиз обезвоженного осадка

Данный метод является инновационным в сфере операций с отходами. Он расценивается как наиболее прогрессивный и перспективный в сравнении с сжиганием. Смысл пиролиза в расщеплении органических веществ в высокотемпературных условиях в бескислородной среде. В качестве готового продукта фигурируют безопасная смола и экологит, служащие исходным материалом, например, для изготовления керамзита или бетона.

Разработки этого направления имеются в достаточном количестве как в России, так и за рубежом. Эксперты отмечают до 50 разнообразных моделей пиролизных установок. Их технические характеристики зависят от состояния сырья, температуры эксплуатации, особенностей устройства.

Впрочем, многочисленные достоинства омрачает большой минус, присущий пиролизу осадка. Для достижения проектной температуры требуется внушительный объем горючего. Специалисты нашли выход из ситуации путем создания взрывной камеры, что позволило на порядок поднять температуру технологического процесса – до 5 000 °С. Среди преимуществ взрывной камеры любая влажность сырья, простота конструкции, максимальная продуктивность сгорания, отсутствие запыленности остаточного газа.

К недостаткам можно отнести скрупулезный расчет ее рабочей конструкции. Параметры камеры должны соответствовать типу взрывоматериалов, которые планируется использовать. Это объясняется воздействием больших механических сил, наблюдающихся в момент взрыва. Динамический удар стремится разрушить установку, поэтому она должна быть прочной. Хотя существенным недостатком такое условие не назовешь.

Сама утилизация выглядит так. Иловые осадки перемещаются внутрь камеры, происходит взрыв. Получившаяся в результате газовоздушная смесь фильтруется и удаляется из сосуда, твердая субстанция собирается и отправляется для дальнейшего складирования.

Высвободившаяся энергия отбирается, поступая (как вариант) на обогрев жилсектора. Жидкий остаток подвергается окончательной утилизации, а отработавший газ, очистившись, выбрасывается в атмосферу.

После упомянутого научно-практического прорыва пиролиз становится окупаемым методом наиболее рациональной утилизации осадка. Главное его преимущество в том, что продукт утилизации удобен в обращении, а при горении ила высвобождающееся тепло тратится для генерации пара, который сразу же находит применение. В ходе же превращения ила в углеводород нужны расходы на хранение.

Обработка, обеззараживание и утилизация осадков сточных вод

Реагентная обработка осадков

. Биологическая стабилизация осадка анаэробными или аэробными методами обеспечивает наиболее глу­бокое разложение органического вещества, однако требует сооружений большого объема. В тех случаях, когда необходима стабилизация осадков при минимальных капитальных вложениях, используют методы химиче­ской обработки.

Введение реагентов не влияет на количество биологически разрушаемых органических веществ, а оказывает в основном бактерицидное действие.

Из существующих реагентов наиболее часто применяют известь вследствие ее низкой стоимости. Эффективность действия извести зависит от того, используется она для обработки жидкого или обезвоженного осад­ка. Обработка известью обезвоженных осадков оказывает более дли­тельный эффект. Чем меньше содержание воды в осадке, тем более он ус­тойчив к развитию процессов кислого брожения.

Известкование осадков ст. вод одновременно позволяет су­щественно снизить в них содержание патогенных микроорганизмов.

Смешение осадка и извести можно осуществлять с помощью меха­нической мешалки или воздуха. Скорость перемешивания должна быть такой, чтобы поддерживать взвешенные частицы осадка в виде суспензии. Основное различие двух видов перемешивания, сказывающееся на стабили­зации осадка, заключается в том, что при продувке воздуха из осадка отду­вается аммиак.

Осадок, стабилизированный известью, при определенных условиях может быть использован на сельскохозяйственных землях.

Биотермическая обработка осадков сточных вод

. Биотермиче­ский процесс разложения органических веществ осадков, осуществляемый под действием аэробных микроорганизмов с целью стабилизации, обезза­раживания и подготовки осадков к утилизации в качестве удобрения, назы­вается компостированием. Разложение органического вещества сопровождается выделением теплоты.

Компостирование позволяет существенно сократить топливно-энергетические расходы на обеззараживание осадков и улучшить их санитарно-гигиенические показатели. В процессе жизнедеятель­ности аэробных микроорганизмов происходит потребление и расход орга­нических веществ, поэтому биотермический процесс наиболее эффективен при компостировании сырых несброженных осадков. Возможно примене­ние процесса биотермической обработки в сочетании с анаэробным сбраживанием осадков в мезофильных условиях.

Процесс компостирования эффективно идет при влажности осад­ков, не превышающей 60-80%, и оптимальном соотношении углерода и азота С:N =20:1-30:1.

Процесс компостирования состоит из двух фаз. Первая фаза про­должается в течение 1-3 недель и сопровождается интенсивным развитием микроорганизмов, а температура осадка повышается до 50-80° С. При этом происходит обеззараживание осадка и сокращение его массы.

Вторая фаза — созревание компоста — более длительная. Она про­должается от двух недель до 3-6 мес. и сопровождается развитием про­стейших и членистоногих организмов, понижением температуры до 40°С и ниже. Повышение температуры окружающего воздуха интенсифицирует процесс разложения органических веществ.

Для процесса компостирования важным фактором является посту­пление в компостируемую массу осадка кислорода воздуха.

В последние годы разработаны и применяются различные способы компостирования осадков, среди которых можно выделить три основных: компостирование грядами, компостирование статическими кучами и механическое компостирование. Основные операции процесса во всех системах компостирования полностью аналогичны.

Обеззараживание осадков ст. вод

достигается разными мето­дами:

— термическими — прогревание, сушка, сжигание;

— химическими — обработка химическими реагентами;

— биологическими — уничтожение микроорганизмов простейшими, грибками и растениями почвы;

— физическими воздействиями — радиация, токи высокой частоты, ультразвуковые колебания, ультрафиолетовое излучение и т. п.

Во многих случаях задача обеззараживания осадков решается в ос­новных процессах их обработки, например при термофильной стабилиза­ции, тепловой обработке, термосушке и сжигании. Как самостоятельная, она ставится в случае дальнейшего их использования в сельском хозяйстве в качестве органического удобрения. Широкое практическое применение для этих целей получили термические и химические методы обеззаражи­вания осадков.

Обеззараживание механически обезвоженных осадков проводят на установках по дегельминтизации, состоящих из ленточного конвейера с приемным бункером и газовых горелок инфракрасного излуче­ния.

Химическое обеззараживание осадков можно осуществлять как жидких, так и обезвоженных. Для химического обеззараживания осадков применяют известь, аммиак, тиазон, формальдегид и мочевину. Остаточное содержание в осадках названных веществ предотвращает реактивацию па­тогенных микроорганизмов и поддерживает стабильность осадков.

В последние годы получают распространение способы обеззаражи­вания осадков химическими веществами, которые применяются либо для удобрения почвы, либо для уничтожения вредных почвенных микроорга­низмов или сорняков.

Утилизация осадков сточных вод

Осадки городских сточных вод целесообразно использовать глав­ным образом, в с/х в качестве азотно-фосфорных удобре­ний, содержащих необходимые для развития растений микроэлементы и органические соединения. Попадая в почву, осадок минерализуется, при этом биогенные и другие элементы переходят в доступные для растений соединения.

Эффективность утилизации осадков в качестве удобрений определя­ется комплексным содержанием в них биогенных элементов.

Активный ил представляет наибольшую ценность как органиче­ское удобрение, особенно богатое азотом и усваиваемыми фосфатами. Со­держание этих веществ в осадках определяется составом сточных вод и технологией ее очистки. Отношение общего органического углерода к азоту в среднем составляет 15:1. Накопления калия в почве не происходит, так как в осадках недостаточно этого элемента.

Минеральная часть осадков представлена в основном соединения­ми кальция, кремния, алюминия и железа. Поступление на очистные станции городов производственных стоков обусловливает при­сутствие в осадках ряда микроэлементов, таких как бор, кобальт, марганец, медь, молибден, цинк.

Внесение осадков значительно уменьшает кислотность почв и уве­личивает содержание азота, гумуса и фосфора. Особенно благоприятно действует на кислые почвы осадок, обработанный известью.

Содержание большого количества органических веществ (40-70% массы сухого вещества) позволяет использовать осадки в качестве рекультиванта почв, у которых потерян верхний плодородный слой, что особенно важно для сохранения плодородия в условиях широкого применения мине­ральных удобрений, ухудшающих структуру почв, и возвращения сельско­му хозяйству земель после использования их промышленностью.

Расчет доз внесения осадков в почву необходимо вести с учетом ПДК по каждому нормируемому элементу и фоновой концентрации его в почве. По результатам расчета принимают наименьшее значение из най­денных доз.

Наряду с применением осадков в агротехнике, перспективно ис­пользование их для получения кормовых добавок и препаратов для питания сельскохозяйственных животных, птиц, рыб и зверей ценных пород.Перспективным направлением утилизации осадков сточных вод является их переработка с целью получения продуктов, используемых в промышленном производстве и теплоэнергетике. Для этого направления переработки осадков нет жестких ограничений по сани­тарным показателям и присутствию токсичных соединений.

Захоронение осадков сточных вод

следует применять только в слу­чаях невозможности утилизации по техническим или экономическим при­чинам с учетом необходимости предотвращения возможных отрицательных воздействий на окружающую среду.

Добавка осадка в качестве компонента сырьевой смеси в цементной индустрии

Научные эксперименты свидетельствуют о вероятности применения специально подготовленных осадков в производстве цемента.

Шлам после очистки жидких отходов промышленной гальваники добавляют в исходный материал как пластификатор. А высушенный водоканализационный ил, обладающий высокой теплотворной способностью, можно использовать в качестве топлива для изготовления строительной смеси.

На подмосковных цементных заводах данная идея воплощена в виде пилотных проектов.

Обеззараживание осадков

Исследования показали, что даже сброженные в мезофильных условиях осадки сточных вод содержат большое количество гельминтов и патогенных микроорганизмов. Попадая в благоприятные условия яйца гельминтов становятся способными заражать людей и животных. Поэтому в случае дальнейшего использования в качестве органических удобрений для сельского хозяйства необходимо произвести обеззараживание осадка. Для этих целей широкое практическое применение получили биотермические, термические и химические методы.

Биотермический процесс разложения органических веществ осадков, осуществляемый под действием аэробных микроорганизмов с целью стабилизации, обеззараживания и подготовки осадков к утилизации в качестве удобрения, называется компостированием. Компостирование позволяет существенно сократить расходы на топливо или электроэнергию и улучшить санитарно-гигиенические показатели за счёт гибели болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух. Для приготовления компоста желательно использование сырого, несброженного остатка, так как в процессе жизнедеятельности аэробных организмов происходит потребление и расход органических веществ и их нагрев.

Процесс компостирования производится обычным (экстенсивным) способом на компостных площадках или траншеях с продолжительностью несколько месяцев, либо по ускоренной технологии в специальных аппаратах (компостерах) в течение пяти-семи дней. В результате проведения компостирования получают компост в виде сыпучего материала влажностью 40–50%.

Готовый компост не имеет запаха, не загнивает и является хорошим удобрением. При этом решается проблема песка — его можно также засыпать в компостер, и он органично войдёт в состав полученного компоста, при этом нет необходимости отмывать его от органики в сложных и дорогостоящих устройствах. Следует отметить, что для компостирования важно поддержание оптимального соотношения C:N и начальной влажности, которые для осадков сточных вод достигают внесением углеродосодержащих добавок — опилок, сухой листвы, сухой травы, бумаги, веток, соломы, торфа и т. д., в зависимости от местных условий. В условиях Сочи отличной добавкой может служить помёт с Адлерской птицефабрики, образующийся в количестве 250 тонн в месяц и являющийся для фабрики обузой, или органические компоненты твёрдых бытовых отходов (ТБО).

Таким образом, оптимальной для сооружений производительностью 500 м³/ сут. представляется следующая схема обработки осадка:

• уплотнение осадка в илоуплотнителеотстойнике;
• дальнейшее обезвоживание на шнековом дегидраторе;
• ускоренное компостирование совместно либо с подстилочным помётом в компостере периодического или непрерывного действия (например, с вращающимся барабаном), либо с органическими компонентами ТБО [7].

При производительности КОС свыше 50 тыс. м³/сут. для переработки осадков сточных вод, отходов животноводческих комплексов и органических компонентов ТБО целесообразно использование сухой ферментации смеси обезвоженных осадков [6] и отходов жизнедеятельности людей и животных для переработки в биогаз и удобрение, а для биологической очистки сточных вод свободноплавающего активного ила, избыток которого можно использовать в качестве корма рыбам, а также птицам и прочим домашним животным, после сгущения и обезвоживания ила с подачей его в специальные кормушки [6].

Микробиологическое окисление

Исследователи нашли альтернативные пути добычи белка – из биологических отходов.

В таком белке содержатся аминокислоты, микроэлементы и витамины группы В.

Этот процесс обеспечивают колонии окислительных бактерий, живущих в биологическом очистном сооружении, а источником является активный ил.

Почему он активный? Потому что содержащиеся в нем микроорганизмы участвуют в очистке сточных вод на клеточном уровне.

Принцип прост: микрофлора питается растворенной органикой, выступая в роли санитара. Сложный биохимический процесс идет в двух плоскостях: окисление до распада на углекислый газа и воду, клеточное синтезирование (воспроизводство).

Септик с глубокой биологической очисткой

Начнем с самого современного варианта очистки канализационных стоков – станции глубокой биологической очистки. Такие «умные контейнеры» подойдут для участка с любым типом грунта и грунтовых вод. Они обеспечивают самую высокую степень очистки, поскольку в емкости происходит разрушение органических веществ микроорганизмами.

Бактерии, живущие в верхних слоях ила, активно перерабатывают органическую составляющую сточных вод

Как это работает? Сточные воды накапливаются в резервуаре, где они проходят предварительную биологическую очистку. После первичного очищения жидкость поступает в аэротенк (резервуар, с несколькими отсеками, в котором происходит биохимическая очистка сточных вод), где она окончательно избавляется от загрязнений и превращается в активный ил. Во вторичном отстойнике этот состав настаивается, и активный ил постепенно откачивается в резервуар для аэробной стабилизации, а часть его можно выкачать вручную и использовать для удобрения газона и неплодоносящих кустарников и деревьев.

Бактерии «работают» с эффективностью 96-98%, полностью разлагая органическую составляющую сточных вод. Очищенная таким образом вода используется для полива и иных хозяйственных нужд. А некоторые смельчаки даже пытаются ее пить.

Установить очистную систему можно за день-два, основную часть работ составляет рытье котлована (до 2 м глубиной). Станцию опускают в яму, подключают к трубе и закапывают.

Среди недостатков данной системы обычно выделяют ее энергозависимость. Для бесперебойной работы компрессора, который обеспечивает бактерии кислородом, необходима постоянная подача электроэнергии (50-70 Вт). Также нельзя спускать в очистную систему хлорсодержащие моющие средства, допускать утечку кислорода и вообще надолго оставлять станцию «без работы». При наступлении любого из этих случаев бактерии погибнут, а без них резервуар превратится в простую бочку-накопитель отходов.

Термический метод утилизации осадка

Для дезинфекции осадка используется термосушка. Это приспособление функционирует по «продвинутому» принципу, посредством которого осадок обеззараживается, стабилизируются его качества, оптимизируется водоотдача. Вдобавок термический метод позволяет полностью отказаться от применения реагентов.

Что касается средств тепловой обработки ила с влажностью около 80 %, то наиболее подходящими признаны установки прямоточной сушки. Они ценятся тем, что выдерживают неплохой показатель влажности на выходе, не превышающий 40–50 %. А еще прямоточная установка способна комбинировать собственно сушку, обеззараживание осадка, подачу его сжатым воздухом в места складирования.

Производство биопочв

Масса активного ила, содержащего сложные микроэлементы, а также азот и особенно фосфорные соединения постоянно накапливаются, поэтому люди вынуждены принимать дополнительные меры по его переработке.

В данном аспекте интересна технология производства почвогрунтов (эта субстанция, конечно, уступает сапропелю и гумусу по содержанию питательных веществ, но тем не менее…).

Данным методом обезвоживают избыточно активный ил посредством барабанных вакуум-фильтров, центрифуг с дальнейшей сушкой при параллельном гранулировании.

При этом выходят готовые изделия-окатыши, из которых затем изготавливаются стойкие для разложения, отлично хранящиеся и транспортабельные органоминеральные удобрения, удобные в использовании по прямому назначению. Технология позволяет одновременно утилизировать осадок, производить полезный агроматериал да еще и зарабатывать на этом!

Единственное условие – строгий контроль над кондицией готового продукта, который не должен содержать примеси тяжелых металлов, химикаты и яйца паразитов. Если соблюсти его нельзя, следует выбрать иной способ утилизации, например сжигание.

Использование осадков сточных вод для биологической рекультивации

В стране ежегодно образуется 1 млрд. м3 осадков влажностью 96-97% в результате очистки сточных вод. Даже после их обезвоживания и снижения объемов они занимают огромные площади при их хранении. Повторно используется не более 1,5% объема осадков. На очистных сооружениях АО «Воскресенские минеральные удобрения» повторно используется весь объем осадков, образующихся при очистке стоков.

Ключевые слова: осадки сточных вод, рекультивация нарушенных земель, поч- вогрунт, полигон, экологическая сертификация, повторное использование осадка.

Воскресенские очистные сооружения канализации, цех нейтрализации и очистки промышленных и сточных вод (НиОПСВ) АО «Воскресенские минеральные удобрения» построены по традиционной схеме полной биологической очистки с доочисткой на фильтрах-биореакторах. Проектная производительность очистных сооружений составляет 80 тыс. м3/сут. В настоящее время сточные воды поступают в количестве, не превышающем 60-70 тыс. м3/сут. Это сточные воды г. Воскресенска, г. Егорьевска и их районов, а также стоки предприятий, расположенных на этих территориях.

Начиная с 1980-х годов на предприятии постоянно проводились работы по поиску путей утилизации накопленных осадков сточных вод (ОСВ) в виде органических удобрений. В 1990-гг. Московской сельскохозяйственной академией им. К.А. Тимирязева были выполнены экспериментальные лесопосадки с использованием ОСВ предприятия, которые показали высокую приживаемость и рост различных деревьев и кустарников на почвенном субстрате из ОСВ.

Обработка осадка осуществляется по следующей технологической схеме.

Половина сырого осадка, образующегося в первичных отстойниках, и избыточного активного ила обезвоживается на вакуум-фильтрах с использованием катионного флокулянта. Доза внесения флокулянта составляет 0,5-0,6 кг на 1 т сухого вещества осадка. Перед обезвоживанием для улучшения влагоотдачи и для обеззараживания осадка он обрабатывается известковым молоком в количестве 20% по CaO от массы сухого осадка. Обезвоживается осадок до влажности 74-76%, а затем вывозится автомашинами на специальные площадки на бетонном основании площадью 8500 м2 с целью стабилизации и обеззараживания.

Оставшаяся часть смеси осадков перекачивается насосами на каскадные иловые площадки. В состав иловых площадок входят четыре каскада, в каждом из которых содержится по шесть площадок. Размер одной площадки составляет 30х60 м. Каждый из каскадов заполняется в течение года, затем осадок подсыхает в течение 3-5 лет до влажности 76-80%, после чего вывозится автотранспортом на площадки обеззараживания-стабилизации с целью выдержки в естественных условиях.

Основание площадок сделано из бетона. На площадках обеззараживани-стабилизации осадок выдерживается в течение трех-четырех лет, где под действием внешних факторов (подсушки в летнее время и промерзания в зимнее время), а также в результате жизнедеятельности различных групп микроорганизмов развиваются процессы самоочищения и происходит гибель болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и т.д. Одновременно с процессами обеззараживания снижается влажность до 55-60% и менее, происходит минерализация органических веществ, т.е. стабилизация, осадок приобретает рыхлую структуру, исчезает запах.

Описанный процесс обработки ОСВ был разработан в 1996-1999 гг. специалистами АО «Минудобрения» совместно с ООО НПФ «Бифар». Обработка осадка по приведенной схеме осуществляется уже более 20 лет.

На предприятии постоянно проводились работы по поиску путей утилизации обработанных осадков с учетом их состава и свойств. В 90-х годах Московской сельскохозяйственной академией им. К.А. Тимирязева были выполнены экспериментальные лесопосадки с использованием ОСВ предприятия, которые показали высокую приживаемость и рост различных деревьев и кустарников на почвенном субстрате из ОСВ.

Вместе с тем на предприятии имеется промышленный полигон, который представляет собой склад фосфогипса — вторичного продукта, образовавшегося при получении фосфорной кислоты из апатитов Кольского месторождения. Склад фосфогипса — сложное инженерное сооружение ступенчатой формы высотой более 70 м. В 2001 году Всероссийским научно-исследовательским институтом лесоводства и механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМ) был разработан проект рекультивации полигона для складирования фосфогипса — побочного продукта производства минеральных удобрений с использованием осадков цеха НиОПСВ АО «Воскресенские минеральные удобрения». Уже много лет осадки, обработанные вышеуказанными способами, вывозятся на промышленный полигон складирования фосфогипса и используются в качестве почвогрунта для биологической рекультивации полигона. В процессе использования осадков для целей рекультивации промышленного полигона на предприятии осуществляется контроль за составом и свойствами осадков, в т.ч. и сертификационные испытания.

В 2015 году органом по сертификации ООО «БифарAЭкология» проведены очередные сертификационные испытания осадков сточных вод цеха НиОПСВ. Сертификационные испытания выполнены на соответствие требованиям следующих нормативных документов, которые регламентируют использование или размещение отходов, в том числе осадков сточных вод в окружающей среде: — ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений»; — СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения»; — ГОСТ Р 54534-2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель»; — ГОСТ Р 54535-2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при размещении и использовании на полигонах»; — СанПиН 2.1.7.1322-03 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления».

Требования к осадкам сточных вод при использовании в качестве почвогрунтов для биологической рекультивации или для технической рекультивации в качестве инертного материала регламентируются ГОСТ Р 54534-2011.

Одним из основных показателей является массовая доля сухого вещества, которая должна быть не менее 35% для почвогрунтов и не менее 45% для инертного материала. По этому показателю осадки, подвергнутые длительной выдержке в естественных условиях на площадках, соответствуют установленным требованиям, содержание сухих веществ составляет более 45%.

Другим значимым показателем является массовая доля золы, которая должна составлять 65-85% для почвогрунтов и не менее 65% для инертного материала. По этому показателю осадки соответствуют указанным требованиям — 85%. Полученное в ходе сертификационных испытаний значение зольности осадка свидетельствует о глубокой минерализации органических веществ и, как следствие, о стабилизации органических веществ и их частичной трансформации в гумусовые вещества.

Концентрация общего азота составляет в пробе 0,9% при нормативе по ГОСТ Р 54534-2011 не менее 0,5%; концентрация общего фосфора в пересчете на P2O5 составляет — 2,6% при нормативе — не менее 1,5%. Значения рН пробы — 6,9 ед. рН, что также в пределах установленного диапазона (5,0-8,5 ед. рН).

Содержание нормируемых тяжелых металлов в исследуемой пробе осадков не только ниже требований ГОСТ Р 54534-2011 для целей биологической рекультивации в качестве почвогрунтов, ниже требований ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 при использовании в качестве органических удобрений, но также и по многим металлам соответствует ПДК (ОДК) почв. Низкий уровень загрязнения тяжелыми металлами иллюстрируется рис. 1, на котором приведено сравнительное содержание тяжелых металлов в 2003, 2013 и 2015 годах.

Рис. 1. Сравнение содержания тяжелых металлов и мышьяка в подсушенных и выдержанных осадках очистных сооружений канализации АО «Воскресенские минеральные удобрения», в % от требований ГОСТ Р 54534-2011 (для целей биологической рекультивации) за 2003, 2013, 2015 годы

В настоящее время на рекультивацию полигона вывезено более 100 тыс. т подготовленных соответствующим образом осадков.

При отгрузке на рекультивацию каждая партия осадка проверяется на содержание тяжелых металлов, санитарно-бактериологическую и санитарн-паразитологическую загрязненность в лабораториях АО «Воскресенские минеральные удобрения» и Роспотребнадзора. На бармах склада фосфогипса создан слой почвогрунта толщиной 20 см, на склонах — не менее 10 см. Исследования, проведенные ВНИИЛМ, показали, что осадки на бармах и склонах полигона фосфогипса уже в первые 2-3 года образовали плодородный слой, на котором были высажены деревья и кустарники: ивы, осины, березы, облепихи, шиповник. Как показала практика, приживаемость деревьев и кустарников составила 70%.

В соответствии с требованиями ГОСТ Р 54534-2011 в осадках, используемых для целей биологической и технической рекультивации, регламентируются ХПК и БПК водной вытяжки: ХПК должно быть не более 700 мг/дм3 и БПК — не более 500 мг О2/дм3. Значения ХПК водной вытяжки в осадках, сертифицируемых в 2015 году, составило 94 мг/дм3; БПК5 — 55 мг О2/дм3, что также свидетельствует о глубокой стабилизации осадков.

По санитарным показателям проба осадков соответствует требованиям ГОСТ Р 54534-2011, ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 и СанПиН 2.1.7.573-96 — жизнеспособные яйца гельминтов, личинки и куколки мух, а также патогенные микроорганизмы не обнаружены. Значение БГКП пробы осадков составляет < 1 кл/г, что не только соответствует требованиям указанных документов, но даже соответствует категории «чистая почва» по СанПиН 2.1.7.1287A 03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы».

По результатам определения класса опасности расчетным методом с учетом 100%-го компонентного состава установлен V класс опасности для окружающей среды. V класс опасности (практически неопасный отход) подтвержден также результатами биотестирования.

Проведенные сертификационные испытания явились основанием для оформления экологического сертификата соответствия и паспорта качества осадков. Очередной раз сертификационные испытания подтвердили, что: — метод обработки осадков, в т.ч. и время выдержки на иловых площадках и площадках обеззараживания и стабилизации оказывает влияние на их конечный состав, свойства, массу и способ дальнейшего использования; — осадки, подсушенные и выдержанные в естественных условиях в течение нескольких лет на площадках обеззараживания и стабилизации, могут быть использованы в качестве почвогрунтов для биологической рекультивации нарушенных земель, полигона складирования фосфогипса АО «Воскресенские минеральные удобрения», а также при посадке деревьев и кустарников, формировании газонов и клумб, благоустройстве и задернении придорожного полотна и высадке зеленых насаждений, в питомниках лесных и декоративных культур, для биологической рекультивации полигонов ТКО, полигонов промышленных отходов, неорганизованных свалок.

Развитие высаженных деревьев, кустарников и травянистой растительности проходит хорошо. Существенно сократились водная и ветровая эрозии поверхности полигона, прекратилось загрязнение почвенно-грунтовых вод и атмосферного воздуха, улучшились рекреационно-эстетические характеристики окружающей полигон местности.

Таким образом, АО «Воскресенские минеральные удобрения» удалось решить проблему утилизации ОСВ, и весь объем образующихся осадков после обработки используется для лесобиологической рекультивации склада фосфогипса.

В цехе НиОПСВ при техническом участии ООО «БифарAЭкология» разработан и успешно используется технологический процесс получения из ОСВ специального субстрата — почвогрунта со свойствами удобрения.

Литература: 1. С.Д. Беляева, Е.В. Короткова. Новые национальные стандарты по использованию и размещению осадков сточных вод / «Водоснабжение и санитарная техника». № 4. 2013. С. 5-8. 2. С.Д. Беляева. Предложения по урегулированию вопросов природоохранного законодательства при отнесении осадков сточных вод к отходам производства и потребления / «Водоснабжение и санитарная техника». № 3. 2015. С. 13-17.

The use of sewage sludge for biological reclamation

The country annually produces 1 billion cubic meters of precipitation humidity of 96P97% as a result of wastewater treatment. Even after dewatering and reduce the volume they occupy a huge area when in storage. RePused not more than 1.5% of the volume of precipitation. In wastewater treatment plants of JSC «Voskresensk mineral fertilizers» reused entire volume of sludges during wastewater treatment.

Keywords: sewage sludge, land reclamation, soil, landfill, environmental certification, reuse of sludge.

Smirnov Vsevolod Borisovich, Ph.D. (Engineering), ecologist, engineerAtechnologist of shop of neutralization and industrial wastewater treatment;

Popova Tatyana Ivanovna, head of Department of ecological supervision. LLC «Voskresensk mineral fertilizers». 140200, Russia, Voskresensk, Moscow region, Zavodskaya street, 1. EAmail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.;

Belyaeva Svetlana Dmitrievna, Ph.D. (Engineering), Director of scientific work; Petrov Michail Igorevich, senior researcher. LLC «NPF Bifar». 125371, Moscow, Volokolamsk highway, 87, p.1. EAmail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Журнал «Вода Magazine», №6 (118), 2021 г.

Проблематика утилизации осадков очистных сооружений: основные методы очисткис

Очистные предприятия находятся в верхних ступенях по своей значимости среди всех инфраструктур города, но многие их недооценивают из-за того, что сами не до конца понимают, как они работают и насколько важную функцию они выполняют. Через них проходят процессы первичной и вторичной очистки сточных вод перед их повторным использованием или сбросом обратно в водоемы, при котором и образуется осадок.

Проблемы утилизации иловых осадков очистных сооружений

На сегодняшний день утилизация иловых осадков очистных предприятий является серьезной проблемой для любого города. Она обусловлена увеличением с каждым годом их объема в связи с ростом численности населения и соответственно увеличенным количеством задействованных сточных вод. Единственным верным решением будет их переработка для дальнейшего использования в различных отраслях промышленности.

Основные методы утилизации осадков очистных сооружений

Можно выделить пять отдельных методов по борьбе осадками сточных вод. Подробно распишем для Вас каждый из вариантов:

Применение осадка в производстве цемента

Хорошим способом применения осадка является его использование на цементном производстве, он служит добавкой к сырьевой смеси. Производству необработанный осадок приносит двойную пользу, так как сначала он проходит через этап удаления органической его части с помощью сжигания, во время которого выделяется дополнительная тепловая энергия. Это дает возможность производству использовать тепло в своих нуждах, тем самым экономя дорогостоящее топливо. После сжигания все оставшиеся в составе неорганические части переходят в цементный клинкер, где они растворяются в силикатном составе. Данное применение осадков никак не влияет на качество выпускаемой продукции. Способ экологически выгоден для людей, так как практически проходит без попадания вредных веществ в окружающую среду.

Именно пиролиз считается наиболее прогрессивным методом утилизации отходов очистных сооружений. Его главным преимуществом от остальных является хорошая окупаемость. Сама технология пиролиза представляет собой процесс термической обработки органических веществ. Для этого используют специальные бескислородные камеры, в которых поддерживается температура около 800 градусов Цельсия, это оптимальная температура для осуществления сухой перегонки отходов с дальнейшим образованием пирокарбона, жидкой смолы и горючего газа. Получаемый газ в дальнейшем используется в качестве топлива, оно обладает большой теплотой сгорания вплоть до 3500 кДж/м3 .

Пирокарбон – это твердый углеродистый остаток непрерывного пиролизного процесса, получаемый из не компостируемых отходов, абсолютно безвредный инертный материал. Может применяться на производстве пластика, резинотехнических изделий, красителей, производственных процессах изготовления черных металлов.

Термические способы

Метод, при котором обезвоженный центрифугой или фильтр-прессом осадок проходит процесс обеззараживания при помощи термической пушки. Данный способ значительно облегчает задачу по удалению осадков с территорий очистных сооружений из-за значительно уменьшенного веса и объёма материалов.

После окончания такого процесса обеззараживания высушенный осадок будет накапливать в себе влагу. А так как по теплофизическим характеристикам осадок с влажность 30 процентов будет примерно равен по свойствам с бурым углем или торфом то обязательным условием нужно проводить его охлаждение, чтобы предотвратить самовоспламенение.

Обработка осадков сточных вод

Обработка осадков сточных вод должна обеспечить получение конечного продукта, который можно утилизировать тем или иным способом.
В нашей стране и в других странах ранее использовали только сбраживание и последующее высушивание на специальных иловых полях. Подобная технология устарела, как не отвечающая современным требованием по скоростям процессов, качеству обработки и санитарным требованиям.

Современные методы обработки осадков сточных вод следующие: уплотнение и сгущение, стабилизация органики в осадке, кондиционирование, удаление воды – обезвоживание, утилизация ценных продуктов, ликвидация.

Уплотнение осадков: гравитационное (отстаивание), флотационное (отделение всплывших хлопьевидных осадков), вибрационное (разделение взвеси и жидкости с помощью вибрации), термогравитационное (прогрев паром с последующим отстаиванием).

Стабилизация – перевод органики в неагрессивные формы. Используют анаэробное сбраживание – используют сложные комплексы бактерий, перерабатывающих стоки в бескислородном режиме с получением метана в качестве продукта брожения. Аэробная стабилизация, минерализация – постоянная аэрация осадков, с последующим окислением и образованием осадка, не способного к гниению. Реагентная стабилизация – использование реагентов для приостановления биологических процессов гниения и брожения в осадке. Используют хлорную известь и перекись водорода.

Кондиционирование – обработка неорганическими реагентами – коагулирование, т.е. укрупнение осадков слипанием и осаживанием на дно, тепловая обработка – нагревание осадков до температуры 170-220 градусов, приводящих к изменению структуры осадков, их растворению и переходу из твердого состояния в жидкое. Тепловой обработке могут подвергаться как сырые, так и прошедшие брожение осадки. При обработке осадков обработанных подобным образом происходит их уплотнение в 2-4 раза. Используют также замораживание – оттаивание, благодаря которому происходит разделение на жидкость и твердые осадки. Таким образом происходит утилизация осадка сточных вод.

Обезвоживание – на иловых полях, вакуум-фильтрах, пресс-фильтрах, центрифугах, сушильных печах.

Ликвидация – сжигание (используют, если ликвидация невозможна или экономически не оправдана), жидкофазное окисление, сброс в накопители.

Утилизация осадка сточных вод – использование конечного продукта очистки стоков в других отраслях как конечный продукт.

После принятия ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 значительно расширились возможности использования осадков сточных вод , что привело к более полному использованию осадков и поиску новых направлений использования конечных продуктов очистки сточных вод:

1. Использование в качестве кормовых продуктов
   на основе избыточного активного ила стоков
2. Использование жидких
   , обезвоженных, сухих осадков в качестве удобрений для сельскохозяйственных нужд
3. Получение из осадков
   сточных вод воска, керосина, бензина, смолы, пирокарбоната методом пиролиза
4. Получение мыла и жиров
   , как товарных продуктов
5. Получение сырья для производства стройматериалов
   , в основном зола для производства цементов
6. Получение биогаза
   и дальнейшее использование его в качестве топлива в установках получения тепловой, электрической и механической энергии
7. Производство топливных брикетов
   из конечных продуктов обработки сточных вод в процессе очистки.

В рамках одной статьи нет необходимости приводить подробно все стадии и последовательность процессов обработки осадков сточных вод. Для понимания важности, а главное неизбежной необходимости очистки, материала приведенного в статье вполне достаточно. Нужно учитывать также возможности, которые открывает данная сфера.

Кроме того, понятно, что с ростом населения, увеличением количества промышленных предприятий и усилением действий государства в направлении контроля за экологическим состоянием необходимость в строительстве и эксплуатации предприятий очистки сточных вод, новых методах и своевременных технологиях обработки осадков сточных вод только увеличится.

Утилизация осадков

В процессе очистки городских сточных вод на московских очистных сооружениях образуется около 9 млн. куб.м жидких осадков, требующих переработки и обезвреживания.
Для переработки и обезвреживания осадка используются индустриальные методы. Обезвреживание осадка осуществляется в специализированных сооружениях – метантенках при термофильном режиме сбраживания (при температуре 50-53 0 С). В целях максимального уменьшения объема утилизируемых отходов, обезвреженные осадки, предварительно кондиционированные раствором флокулянта, подаются для обезвоживания на декантеры, минуя стадии промывки и уплотнения в уплотнителях сброженного осадка. В процессе механического обезвоживания объем осадка уменьшается более чем в 9 раз.

Анализ передового опыта показал, что в современных условиях использование центробежных аппаратов — декантеров для переработки осадков сточных вод является наиболее предпочтительным.

В 2013-2014 годах проведена реконструкция отделений цеха механического обезвоживания осадка Курьяновских очистных сооружений в Ленинском и Раменском районах Московской области, в ходе которой была проведена замена 12 морально и физически устаревших камерных фильтр-прессов на современное обезвоживающее оборудование – восемь декантеров.

В 2021 году завершена реконструкция цеха механического обезвоживания на Люберецких очистных сооружений с созданием единого центра обезвоживания осадка на территории Новолюберецких очистных сооружениях, в результате которой введены в эксплуатацию девять декантеров.

Модернизация цехов обезвоживания позволила решить ключевые проблемы:

• обеспечен резервный запас по производительности оборудования, т.е. увеличена его надежность,
• выведены из эксплуатации 34 уплотнителя сброженного осадка, являющихся источниками дурных запахов,
• сокращено количество простоев из-за засоров посредством установки решеток на сброженном осадке,
• уменьшен рецикл взвешенных веществ со сливной водой, тем самым снижена нагрузка по загрязнениям на головные сооружения,
• сокращена численность обслуживающего персонала.

Проблемы утилизации осадка

Использование индустриальных методов обезвоживания позволяет уменьшить объем осадка более чем в 9 раз.

В настоящее время обезвоженный осадок вывозится сторонними организациями за пределы территории очистных сооружений в целях его обезвреживания или возможного использования для производства готовой продукции. На основе осадков производятся технические/биологические рекультиванты, биопочва и т.д., которые применяются для рекультивации нарушенных земель, отработанных карьеров, полигонов твердых бытовых отходов, проведения планировочных работ. В сложившейся экологической обстановке в Московской области проводить такие работы с каждым годом становится все труднее и затраты на утилизацию осадка неуклонно растут.

Предлагаемые на мировом рынке варианты утилизации осадков, могут быть сведены к следующим методам:

• использование осадка для производства биопочвы;
• утилизация осадка на базе современных термических технологий и, как следствие, получение из отходов вторичных продуктов, пригодных к реализации в строительной отрасли для производства строительных материалов или цемента.

Преимущества производства биопочв

Одним из путей решения проблемы загрязненных и деградированных городских почв – применение в зеленом строительстве города почвогрунтов с использованием обезвоженных и обезвреженных осадков сточных вод.

Технология производства почвогрунтов решает сразу несколько важнейших экологических задач:

• утилизация отходов очистных сооружений;
• создание достаточного количества кондиционных почвогрунтов в городе.

Преимущества термического метода утилизации осадка

С 2021 года в АО «Мосводоканал» ведутся работы по производству твердого биологического топлива (ТБТ) из механически обезвоженного осадка ЛОС в соответствии с Техническими условиями «Твердое биотопливо» ТУ 38.32.39.-001-03324418-2017. Производство ТБТ осуществляется на оборудовании ООО «ЕФН Эко Сервис» в отделении сушки осадка на мини-ТЭС с использованием биогаза, образованного на очистных сооружениях.

ВЗГЛЯД НА ПРОБЛЕМУ

Крупнейшая экологическая проблема стран СНГ — загрязненность их территории отходами. Особую озабоченность вызывают отходы, образованные в процессе очистки городских сточных вод, — канализационные илы и осадки сточных вод (далее — ОСВ).
Основная специфика таких отходов — их двухкомпонентность: система состоит из органической и минеральной составляющей (80 и 20 % соответственно в свежих отходах и до 20 и 80 % в отходах после длительного хранения). Наличие в составе отходов тяжелых металлов обусловливает их IV класс опасности. Чаще всего такие виды отходов складируются под открытым небом и не подлежат дальнейшей переработке.

Например, в Украине к настоящему времени накоплено более 0,5 млрд т ОСВ, суммарная площадь для складирования которых составляет примерно 50 км2 на пригородных и городских территориях [1].

Отсутствие в мировой практике действенных способов утилизации данного вида отходов и вызванное этим обострение экологической ситуации (загрязнение атмосферы и гидросферы, отторжение земельных площадей под полигоны для складирования ОСВ) свидетельствуют об актуальности нахождения новых подходов и технологий по вовлечению ОСВ в хозяйственный оборот.

В соответствии с Директивой Совета 86/278/ЕЕС от 12.06.1986 «О защите окружающей среды и в особенности почв при использовании в сельском хозяйстве осадков сточных вод» в странах Европейского союза в 2005 г. ОСВ были использованы следующим образом: 52 % — в сельском хозяйстве, 38 % — сожжены, 10 % — складированы [2].

Попытка России перенести зарубежный опыт сжигания ОСВ на отечественную почву (строительство мусоросжигательных заводов) оказалась неэффективной: объем твердой фазы снизился всего на 20 % при одновременном выбросе в атмосферный воздух большого количества газообразных токсичных веществ и продуктов сгорания. В связи с этим в России, как и во всех остальных странах СНГ, основным способом обращения с ОСВ остается их складирование [1–3].

Утилизация осадка очистных сооружений в Москве

Специальные очистные сооружения используются во всех современных городах в ливневых стоках, а также на автомобильных мойках. Они призваны отфильтровывать из воды всю грязь, песок и, что наиболее важно для экологии, опасные примеси различных химикатов, тяжелые металлы и нефтепродукты, попадающие на городские улицы.

Во избежание загрязнения окружающей среды и существуют системы очистки и ливневые фильтры. Естественным образом происходит переполнение и засорение ливнестоков.

осуществляет своевременную очистку очистных сооружений совмещая в своей работе современное оборудование и профессиональный подход.

Утилизация осадков очистных сооружений

Существуют специализированные предприятия, которые занимаются утилизацией опасных отходов. Именно специалисты-экологи должны осуществлять очистку городских ливнестоков, а впоследствии вывоз и утилизацию иловых осадков очистных сооружений. Задача переработки подобных отходов и уничтожения токсичных веществ не из легких, ведь в осадках могут содержаться самые разнообразные загрязняющие химические соединения и тяжелые металлы. И под каждый состав необходимо подобрать правильный способ переработки.

Способы утилизации

На сегодняшний день утилизация осадков осуществляется путем специальной переработки при высокой температуре; токсичные вещества уничтожаются термическим способом, а остатки после дополнительной обработки становятся безвредными для окружающей среды.

Кроме того, есть несколько вариантов дальнейшего использования иловых осадков:

• В результате воздействия способом микробиологического окисления получается удобрение, которое используют в сельском хозяйстве.
• Некоторые виды осадков от ливневых вод после переработки можно использовать в изготовлении цемента. Пожалуй, именно этот вариант является самым распространенным и приносит много пользы.
• Также существуют такие виды осадков, которые используются для производства асфальтового и других видов дорожных покрытий.

Необходимо планомерно и своевременно вычищать стоки во избежание их засорения, ведь это может привести к плохим последствиям и затоплению улиц во время ливней или в период таяния снега.

Сотрудники в кратчайшие сроки выполняют очистку городских ливневых стоков, используя специально для этого предназначенное оборудование. Далее все осевшие в фильтрах осадки очистных сооружений в герметичных контейнерах перевозятся на предприятие. Затем специалисты проводят химический анализ отходов на содержание тяжелых металлов, по результатам которого выбирают способ их переработки и вариант дальнейшего использования.

Осадки сточных вод

Переработка осадков сточных вод включает в себя следующие методы:

1. Уплотнение: 1.1. Гравитационное – илоуплотнители, осадкоуплотнители; 1.2. Флотационное — флотаторы;

2. Стабилизация: 2.1. Аэробная – аэробный стабилизатор; 2.2. Анаэробная – метантенк, септики, двухъярусные отстойники, осветлители-перегниватели;

3. Кондиционирование: 3.1. При помощи реагентов; 3.2. Замораживание;

4. Обезвоживание: 4.1. Сушка – печки, вакуум-сушилки; 4.2. В поле центробежных сил – центрифуги, гидроциклоны; 4.3. Фильтрация – фильтр-прессы, вакуум-фильтр, виброфильтры; 4.4. На иловых и песковых площадках;

5. Деструкция: 5.1. «Мокрое» сжигание; 5.2. Пиролиз; 5.3. Плазменное горение; 5.4. Газификация;

6. Утилизация (захоронение).

Использование осадков сточных вод

Захоронение осадков сточных вод неблагоприятно с экологической точки зрения, а также довольно дорого. Сжигание смеси осадков также дорогая процедура. Обезвоживание, стабилизация и уплотнение уменьшают объем осадков сточных вод лишь незначительно. К тому же после использования этих методов возникает необходимость вывоза осадков на полигоны ТБО и дальнейшего бесполезного их хранения. Кондиционирование применяется лишь для улучшения дальнейшей обработки (обезвоживания, например). Поэтому ведутся разработки полезного использования осадков сточных вод.

Благодаря наличию в сточных водах белков и жиров, углерода и водорода из некоторых типов осадков можно получать биогаз (смесь метана и углекислого газа). Этот газ получают на сооружениях, называемых метантенками в результате анаэробного сбраживания благодаря жизнедеятельности анаэробных бактерий. Такой газ может использоваться для обогрева помещений или в качестве топлива для автомобилей.

Также возможно использование осадков сточных вод в качестве сельскохозяйственного удобрения, так как в составе осадка содержится достаточно азота и фосфора (необходимых для роста растений), а также органических соединений. Для приготовления удобрения на основе осадка – его (после обезвоживания, сушки и дезинфекции) складируют в компостные кучи (для перегнивания и снижения концентрации патогенных микроорганизмов). Через некоторое время из этого состава можно приготовить компост. Однако, при использовании такого удобрения, все равно необходима подпитка растений минеральными удобрениями (зато их количество значительно сокращается).

Отрицательными сторонами такого способа переработки осадков сточных вод является возможность загрязнения почвы и растений тяжелыми металлами и патогенными организмами (которых довольно много в осадке). Поэтому для удобрения применяются в основном осадки городских сточных вод после дезинфекции. Если данные загрязнители отсутствуют, то с пользой может применяться даже пескопульпа из песколовок (правда не для сельскохозяйственных посадок, но для посадки леса или посыпки дорог зимой во время гололеда).

Так же возможно изготовление тротуарного кирпича из осадков сточных вод, которые прошли обезвоживание на центрифугах и сжигание в камерах сгорания.

Осадки очистных сооружений

Сточные воды, поступающие на очистные сооружения, содержат различные загрязнения. После механической, биологической и физико-химической очистки остаётся осадок, называемы суспензией.

Городские сточные воды, являясь продуктом жизнедеятельности человека, содержат в себе отбросы и жировые вещества. Для их глубокой очистки на первичном этапе применяются решётки, задерживающие грубые примеси, далее – песколовки, которые задерживают минеральные примеси.

На вторичном этапе для биологической очистки используются микроорганизмы. Для очистных сооружений небольшой производительности применяют биоценоз. В результате анаэробно очистки, загрязнения преобразовываются в биогаз и биоудобрения.

Характеристика осадков и их виды

Существует два типа осадков: первичные и вторичные. К первой группе принадлежат отбросы, задерживаемые решётками, песколовками и осадок из отстойников. Ко второй группе относятся излишки активного ила, а также сброженный осадок.

Суспензия, остающаяся после очистки первичной механической очистки на решётках, содержит частицы глины и песка достаточно большого размера. Кроме этого, в отбросах остается пластик, резина, остатки пищи, которые в дальнейшем начинают гнить.

Осадки подразделяют на два вида:

• сырой – из первичных отстойников;
• избытки активного ила – из вторичных отстойников.

Песок

Песок, размером от 0,1 до 5 мм, удерживаемый песколовками, относится к нерастворимым минеральным примесям.

В его составе большое количество органики, что является опасным с точки зрения санитарно-эпидемиологических норм, что делает его дальнейшее применение крайне ограниченным.

Иловый осадок

Избыточный ил из системы очистки состоит из бактерий и простейших организмов, способных самостоятельно сформировать тонко дисперсионные вещества в хлопья.

Его структура – это хлопьевая масса бурого цвета, не имеющая запаха в свежем виде. При загнивании ил выделяет специфических запах. Отличительными чертами активного ила из аэротенков являются высокое удельное сопротивление фильтрации и повышенная влажность.

Складирование отходов в хранилищах экономически невыгодно и представляет собой угрозу для экологии. Поэтому остатки активного ила перерабатываются. Этот процесс происходит в три этапа.

Переработка осадков очистных сооружений

В целях обеззараживания, стабилизации, повышения физико-механических качеств, снижения запаха осадки сточных вод должны проходить обработку.

Первый этап – обеззараживание. Проводится в закрытых помещениях с хорошей вентиляцией, так как в процессе выделяется газ. Для обеззараживания используется дезинфицирующие вещества на основе перекиси водорода.

Второй этап – детоксикация различными методами. Например, один из способов – это занесение сорбента и его выдерживание на протяжении двух часов. В этот момент происходит уменьшение содержания неорганических и органических токсичных веществ за счет их стабилизации.

Третий этап – обезвоживание механическим способом в различных устройствах.

Они делятся на три категории:

• аппараты, где исключение воды происходит под разряжением;
• аппараты, в которых под давлением уменьшается влажность сточных осадков;
• аппараты, где за счет центробежного поля происходит удаление влаги с осадков.

После процесса переработки ил применяют:

• в качестве топлива;
• органического удобрения;
• при производстве кормовых белков;
• для улучшения состава песчаных почв;
• в качестве питательной среды для водорослей;
• в качестве подстилки на полигонах бытовых отходах.

Обезвоженный осадок

Наиболее распространённым и эффективным способом утилизации иловых остатков является обезвоживание. Помимо того, что для естественной сушки нужны большие открытые участки, данный метод обезвоживания негативным образом сказывается на состоянии почвы и окружающей среды в целом. Поэтому обезвоживание производится в специализированных центрифугах, фильтр-прессах и вакуумных фильтрах.

Инновационным методом для переработки отходов является пиролиз – это процесс расщепления органических веществ под действием высоких температур в бескислородных условиях. Готовым продуктом служит безопасная смола и экологит, которые являются исходным материалом для производства бетона и керамзита.

Существует около 50 разных моделей пиролизных устройств, которые активно разрабатывают как в России, так и за рубежом. В зависимости от особенностей установки, состояния сырья и температуры эксплуатации они имеют различные технические характеристики.

Но для достижения нужной температуры необходимо большое количество горючего. Тогда специалисты создали взрывную камеру – в ней температура могла подниматься до 5000°С. Её основные плюсы – это простота конструкции, возможность использования различной влажности, максимальная продуктивность.

Осадок сточных вод: виды, методы сушки, обработка и использование

Процесс очистки стоков завершается образованием значительного объема осадка.

Очищенные воды сбрасываются в водные объекты, а осажденные компоненты превращаются в суспензию из минеральных и органических примесей.

В статье мы расскажем о том, каков технологический цикл обработки осадков сточных вод, а также что можно сделать с данным веществом в дальнейшем.

Схема образования

Стандартная схема многоэтапной очистки стоков, предусматривающая утилизацию осадка:

Осадки сточных вод (ОСВ) – отходы, которые образуются на сооружениях механической, физико-химической, биологической очистки стоков различного происхождения. Выведенный из процесса биоочистки избыточный активный ил также относится к категории ОСВ.

Осадок характеризуется различными свойствами и составом, которые зависят от условий образования стоков, от технологии очистки и категории очистных сооружений. ОСВ в основном имеют жидкую структуру (консистенция зависит от влажности).

Внедрение технологий переработки осадка актуально для водопользователей всех российских регионов, так как вывоз и захоронение отхода на полигонах является нецелесообразным и затратным мероприятием.

Масса ОСВ велика, осадок требует для накопления значительных территорий серьезных затрат на вывоз и последующую рекультивацию земель объектов размещения отходов.

Другие негативные моменты захоронения ОСВ на полигонах:

1. Отрицательное влияние отходов на атмосферный воздух, почву, подземные воды.
2. Заполнение накопителей и иловых карт до критических отметок.
3. Жалобы населения на неприятный запах.
4. Неэффективное использование земельных участков.

Ниже – схема рационального использования СВ в северной столице:

Характеристики

Осадок очистки стоков представляет собой водный шлам органических и минеральных примесей, выделяемых из дождевых, производственных, хозбытовых стоков при очистке. Отход относится к классу труднообезвоживаемых полидисперсных суспензий.

Осадки можно разделить на:

• инертные и токсичные;
• стабильные и нестабильные (загнивающие).

Температура ОСВ – 12–200° С. Активная реакция среды (показатель рН) аналогична pH стоков – от 6 до 8. Показатели объема, влажности, плотности и химического состава ОСВ колеблются в широких пределах.

Классификация

В зависимости от того, в каких условиях сформировалась масса ОСВ, каким образом происходило отделение, осадки разделяются на первичные и вторичные.

В таблице – характеристики ОСВ и оборудования для отделения ОСВ:

Группа ОСВ	Типы ОСВ	Сооружения и оборудование, отделяющие ОСВ
Первичные ОСВ
Грубодисперсные включения в твердой фазе, выделенные из СВ при механической очистке (процеживании, седиментации, фильтрации, флотации, осаждении в центробежном поле)
I	Грубые (отбросы)	Сита, решетки
II	Тяжелые	Песколовки
III	Плавающие	Отстойники, жироловки, нефтеловушки
IV	Сырые ОСВ, выделенные в процессе механической очистки	Осветлители, первичные отстойники
Вторичные ОСВ
Примеси, которые первоначально имели форму коллоидов, молекул и ионов, но при очистке стоков или обработке первичных ОСВ образовали твердую фазу
V	Сырые ОСВ, выделенные из СВ после биоочистки, физико-химической обработки	Флотаторы, вторичные отстойники
VI	Сброженные, обработанные в метатенках, анаэробных перегнивателях.

По размеру частиц состав ОСВ неоднороден – от заметных фракций около 10 мм до мельчайших частичек коллоидной и молекулярной дисперсности.

К грубым ОСВ относятся крупные взвешенные и плавающие включения (в основном органической природы), которые задерживаются на ситах и решетках.

Отбросы перерабатываются в метантенках или компостируются вместе с растительными отходами, опилками или торфом для получения органических удобрений.

• песок;
• фракции различных минералов;
• кирпича
• угля;
• стекла.

• нефтяные пленки;
• всплывшие нефтепродукты;
• пятна минеральных масел;
• жиры.

Сырой осадок – студенистая и вязкая суспензия с кислым запахом. Органические компоненты составляют 70–80 %, они подвержены быстрому загниванию, сопровождаемому неприятным запахом.

Активный ил – биоценоз микроорганизмов и простейших, природный флокулянт. Выглядит как бурая хлопьевидная масса. Свежий ил практически не имеет запаха или может пахнуть землей. При загнивании появляется сильный гнилостный запах. Ил аэротенков характеризуется высокой влажностью – до 99,7 %.

Состав

По химическому составу ОСВ можно разделить на:

• минеральные – фракции песка и глины, примеси минеральных масел, щелочей, кислот, солей;
• органические – частицы бытовых отходов, фекалий, примеси растительных масел, нефти и нефтепродуктов, растительные волокна;
• смеси органических и минеральных примесей.

Основные макрокомпоненты ОСВ – инертные соединения, которые входят в состав песка, глины и различных минералов – оксиды:

• кремния – от 40 %;
• алюминия – до 10 %;
• кальция – 5 % и более;
• железа – до 7 %.

В составе ОСВ также присутствуют:

• примеси органической природы (15-35 %), в том числе гумусовые вещества;
• разнообразные микроэлементы;
• макроэлементы с удобрительными качествами (азот, фосфор, калий).

Могут также присутствовать:

• соли тяжелых металлов;
• синтетические ПАВ;
• канцерогенные и токсичные примеси.

Это требует контроля состава и регламентирования объемов ОСВ.

ОСВ часто характеризуются бактериологической загрязненностью живыми микроорганизмами (бактерии, водоросли, простейшие) и паразитами (личинки и яйца гельминтов).

В активном иле, кроме аэробных бактерий, присутствуют дрожжевые и плесневые грибы, возбудители желудочно-кишечных заболеваний.

По этой причине осадки опасны с точки зрения санитарно-эпидемиологических норм и требуют обеззараживания. Например, при обеззараживании термофильным сбраживанием яйца глистов полностью уничтожаются.

Это отходы при очистке:

1. СВ ливневой канализации.
2. Хозбытовых и смешанных СВ.
3. Нефтесодержащих СВ на ЛОС, в том числе нефтесодержащих СВ мойки автотранспорта.
4. Вод и сооружений систем оборотного водоснабжения, не вошедшие в блоки 2, 3.
5. Прочих СВ, не содержащих специфические загрязнители.

Каждый подтип, в свою очередь, содержит множество групп и подгрупп в зависимости от характеристик стоков и используемого оборудования водоочистки. Большинство ОСВ относятся к IV классу опасности (малоопасные отходы).

Показатели ОСВ

Основные свойства, характеризующие ОСВ:

• влажность;
• зольность;
• плотность;
• концентрация взвешенных веществ;
• удельное сопротивление.

Влажность

Влажность – процентная концентрация воды в 100 кг осадка.

ОСВ (сырые и сброженные) при влажности:

• более 90 % – представляют собой жидкую текучую массу;
• 85-90 % – имеют пастообразную консистенцию;
• 80-85 % – похожи на жидкую грязь, а при более низкой влажности имеют вид слегка влажной почвы.

Ил при влажности около 90 % имеет пастообразную консистенцию, а при влажности 85-87% и ниже становится похож на увлажненную почву.

Плотность

Плотность ОСВ, в г/см 3 :

Сырой осадок из первичных отстойников	около 1
Активный ил	0,7 – 1,3
Сухое вещество (твердая фаза) осадка	1,2 – 1,6
Твердая фаза активного ила	1,1 – 1,5

Зольность

Разделение по объему неорганических и органических компонентов в нерастворимом веществе происходит при его прокаливании в просушенном виде. При 600 ˚С органические примеси осадка сгорают, а неорганические превращаются в золу.

Зольность – процентное отношение веса золы к весу всего сухого вещества, параметр определяется взвешиванием.

Форма связи влаги

Показатель позволяет точно оценить возможность и качество удаления влаги из ОСВ, подобрать оптимальный метод выделения осадка.

Влага в ОСВ может находиться в различных формах:

• в форме свободной воды;
• в физико-механической связи с твердыми частицами;
• в физико-химических соединениях;
• в химических соединениях.

Например, у свободной влаги минимальная энергия связи со структурой осадка. Такая влага легко поддается обезвоживанию или естественной сушке. Физико-механические связи нарушаются в результате выпаривания или удаления влаги под давлением.

Удельное сопротивление фильтрации

Характеризует потенциал осадка к влагоотдаче при обезвоживании фильтрованием под воздействием давления или вакуума. Чем меньше показатель, тем лучше влагоотдача.

Сжимаемость

Когда перепад давления возрастает, поры в структуре ОСВ уменьшаются, сопротивление фильтрации возрастает. Существует «критическое давление», при котором фильтрация невозможна.

Индекс центрифугирования

Критерий водоотдачи осадка в центробежном поле.

Технологии сушки

Влажность ОСВ достигает 99 %, поэтому на первой стадии обработки проводится обезвоживание, при котором удаляется лишняя влага.

Для более полного удаления влаги применяется сушка, а затем осадок сжигается, образуя золу и тепловую энергию — так выглядит традиционная схема обработки ОСВ.

Осадок после механического обезвоживания или подсушенный на иловых площадках называется «кек».

Обезвоживание

Механическое обезвоживание – технология удаления из массы осадка влаги (сушки) до остаточной влажности 70–85 %, процесс, направленный на увеличение содержания сухого вещества в осадке.

• в результате подсушки на иловых площадках, в естественной среде;
• путем механического удаления влаги на аппаратах механического обезвоживания – прессах (фильтрпрессах, камерных, шнековых, гидравлических), центрифугах различной модификации.

Снижение влажности со среднего показателя 96 % до 70 % уменьшает первоначальный объем осадка с 1000 л до 120 л, что упрощает его транспортирование и дальнейшую обработку.

Механическое

На устройствах механического обезвоживания жидкий осадок обрабатывается реагентами (часто органическими флокулянтами). Коллоидная структура фракций осадка нарушается, позволяя эффективно отделяться воде.

В фильтр-прессах (ленточных или камерных), шнековых прессах свободная жидкость отделяется под давлением.

При использовании центрифуг вода от твердой составляющей ОСВ отделяется в центробежном поле, водный фильтрат (фугат) сливается.

Показатель, характеризующий концентрацию сухого вещества в обезвоженном ОСВ, обычно составляет 18–30 %. Величина определяется видом осадка, типом применяемого оборудования.

Обезвоживание на иловых площадках

Снижение влажности осадка на естественном основании иловых площадок происходит при испарении воды и в большей степени при ее фильтровании.

ОСВ в жидком состоянии поступает на иловые площадки, оснащенные системой для отведения сливной воды. Иловые площадки – неглубокие открытые земляные сооружения, состоящие из карт, разделенных ограждающими валиками.

Площадки различаются наличием дренажных устройств:

• без дренажных устройств;
• с горизонтальными дренажными устройствами;
• с вертикальными дренажными устройствами.

После расслоения осадка отделившаяся жидкость удаляется и направляется на очистку. Обезвоженный осадок подсыхает (или при минусовых температурах вымораживается). Чтобы ускорить процесс, применяется ворошение и буртование.

Концентрация сухого вещества зависит от нагрузки на иловую площадку, от соблюдения регламента обезвоживания, составляет до 25–40 %.

Геотубирование

Геотубирование – метод обезвоживания ОСВ в результате его размещения его внутри цилиндрических объемных систем из устойчивого геотекстиля с обезвоживающими свойствами.

Термическая сушка

Сушка ОСВ основана на использовании тепловой энергии для испарения воды после обезвоживания. При этом энергопотребление значительно выше, чем в предварительном процессе удаления влаги. После сушки влажность в высушенном продукте снижается до 10 % и ниже.

Процесс также характеризуется:

• стабилизацией;
• обеззараживанием;
• обеспечение сыпучести осадка.

Удаление воды при испарении из ОСВ увеличивает концентрацию сухого вещества, одновременно уменьшая его массу.

Высушенный осадок представляет собой гранулы или сыпучую массу, которые используются как конечный продукт (удобрение при обогащении почв) или сжигаются.

Процесс термической сушки ОСВ разделяют на две основные группы:

1. Прямой нагрев (конвективная сушка).
2. Косвенный нагрев (контактная сушка).

Классификация базируется на методе передачи тепловой энергии осадку при его нагреве. Существуют комбинированные установки, объединяющие оба процесса.

При конвективной сушке передача тепла происходит при непосредственном контакте с нагретым воздухом или газом. Температура осадка увеличивается, и вода испаряется. При контактной сушке осадок и теплоноситель (горячая вода, масло или пар) разделены нагретой стенкой.

Для термической сушки используются:

1. Аппараты конвективного типа (прямая сушка). Осадок высушивается при подаче в сушильный аппарат дымовых газов от сжигания топлива. Отходящие газы подвергаются очистке или дожигу.
2. Аппараты кондуктивного типа (непрямая сушка). Сушка производится во вращающемся сушильном барабане, путем передачи тепла через его стенки от нагретого теплоносителя к осадку. Теплоноситель (термомасло, вода) нагревается в результате сжигания топлива. Непрямая сушка позволяет осуществлять рекуперацию энергии испаренной влаги.
3. Комбинированные аппараты. Осадок высушивается во время подачи дымовых газов от сжигания топлива, в результате передачи тепла от нагретого теплоносителя через стенки сушильного барабана.

Для интенсификации сушки применяются:

• подогрев поверхностей;
• использование гелиоводонагревателей, инфракрасных ламп, тепловых насосов.

Сушка применяется как подготовительный этап к:

• дальнейшему использованию осадка в качестве биотоплива, удобрения;
• проведению конверсии органических примесей в газообразное топливо (пиролизу).

Высушенный осадок представляет собой органоминеральный продукт, востребованный:

• как удобрение для посадки придорожных лесохозяйственных культур, в лесных/декоративных питомниках;
• как рекультивант при восстановлении нарушенных земель и участков под полигоны ТКО;
• для строительства откосов автодорог.

Солнечная сушка

Осадок может подвергаться высушиванию под ультрафиолетовыми лучами в естественной среде. Преимущество технологии – возможность использования солнечной энергии для снижения эксплуатационных расходов.

Солнечные сушилки представляют собой теплицы, где ограждающие конструкции выполнены из прозрачных материалов, а на основание подается и распределяется слоем обезвоженный осадок.

Для удаления влажного воздуха и подачи свежего воздуха применяются системы принудительной вентиляции. Для равномерной сушки осадка производится его перемешивание.

Обработка и использование

Объем, состав, свойства ОСВ, а также наиболее рациональные методы их обработки, зависят от категории, количества и состава очищаемых стоков.

Ниже – одна из технологических схем обработки и утилизации ОСВ:

Обработка ОСВ – мероприятия, направленные на его трансформацию.

Во время обработки происходит:

• снижение объема;
• изменение структуры;
• уменьшение влажности;
• стабилизацию органики;
• обеззараживание.

Схемы обработки ОСВ могут состоять из комбинации различных методов.

Технология использования ОСВ зависит от способа его подготовки и обезвреживания, наилучшие доступные методы обработки описаны в ИТС 10-2019.

ГОСТ Р 59748-2021 регулирует методы и оборудование для обработки ОСВ. Обработанные осадки могут классифицироваться стандартом как «побочная продукция».

Этот статус позволяет использовать отвечающий его требованиям осадок:

• в качестве удобрений (органических, органоминеральных, органо-известковых): в сельском хозяйстве, личных подсобных хозяйствах при выращивании рассады, питомниках выращивания растений, в создании долголетних сенокосно-пастбищных угодий, паровых полей, в цветоводстве, ландшафтном дизайне;
• в качестве растительных грунтов на селитебных и рекреационных участках;
• для восстановления земель, нарушенных во время открытых горных работ, для рекультивации песчаных и глиняных карьеров, участков добычи торфа;
• для биологической рекультивации полигонов захоронения отходов, проведения агротехнических и фитомелиоративных мероприятий при восстановлении плодородия почв;
• в качестве прокладки изолирующего слоя на объектах размещения отходов;
• при строительстве и эксплуатации линейных сооружений;
• в качестве биотоплива;
• как компонента для производства цементов.

Требования к обработанным ОСВ, которые могут использоваться как побочная продукция, кроме ГОСТ Р 59748-2021, устанавливаются:

; ;
• локальными стандартами предприятий – ТУ, инструкциями и регламентами.

Если характеристики ОСВ не соответствуют требованиям указанных нормативных актов, а также в случае отсутствия возможности использования ОСВ, что приводит к их вынужденному захоронению, обработанные ОСВ относятся к категории «отходов».

Рассмотрим распространенные методы обработки ОСВ.

Концентрирование

В активном иле из вторичных отстойников низкая концентрация сухого вещества (4–8 кг/м 3 ). Чтобы оптимизировать последующие этапы обработки, концентрацию осадка повышают до значений 30–60 кг/м 3 .

Для сгущения и уплотнения осадка используется следующее оборудование:

1. Механические сгустители. Осадок или ил обрабатывается флокулянтом. Затем сгущается в результате гравитационного стекания отделившейся жидкости на фильтрующих лентах (вращающихся ситах). Другой вариант сгущения – в центробежном поле сгущающих центрифуг. Результат по концентрации сухого вещества – до 60 кг/м 3 .
2. Флотационные сгустители. Ил или осадок смешивается с рабочей жидкостью (иловой водой), которая предварительно насыщается воздухом под давлением. Пузырьки воздуха флотируют фракции осадка к поверхности сооружения, где они удаляются с помощью скребков. Иловая жидкость сливается. Результат обработки по содержанию сухого вещества – около 60 кг/м 3 .
3. Уплотнители. Избыточный активный ил или другой тип осадка помещается в проточный уплотнитель, где в условиях гравитационного уплотнения разделяется на 2 фракции — сливную жидкость и уплотненный осадок. Вода удаляется через водослив, уплотненный осадок со дна емкости отводится на дальнейшую обработку.

Результат по концентрации сухого вещества:

• для ила – до 30 кг/м 3 ;
• для ОСВ первичных отстойников – до 60 кг/м 3 .

• улучшает качество обезвоживания стандартными методами (достигается меньшая влажность кека), аэробного и анаэробного сбраживаний;
• упрощает процесс транспортировки на участки следующих стадий обработки.

Кроме того, при обработке уплотненного осадка снижается гидравлическая нагрузка на оборудование.

Стабилизация

Технология применяется для разложения легкоразлагаемой органики в аэробных или анаэробных условиях, для получения биогаза. При стабилизации уменьшается выраженность запаха на следующих стадиях обработки или при использовании.

Для стабилизации осадков в жидком состоянии используются:

1. Аэробные стабилизаторы. Открытые резервуары, конструкцией напоминающие аэротенки. Часть органики окисляется бактериями активного ила в результате аэробных биохимических процессов. Уровень распада органики при аэробной стабилизации ниже, чем при анаэробных процессах. Распад органического вещества – 20–25 %. Процесс характеризуется высокими энергозатратами.
2. Метантенки. Закрытые резервуары, исключающие доступ воздуха. Оснащены насосами и мешалками.

Осадок нагревают паром (или в теплообменниках). При нагреве до 53 °C начинается термофильный процесс, при нагреве до 35 °C запускается более медленный мезофильный процесс.

Часть органики разлагается до биогаза (смеси метана и углекислого газа) в результате сбраживания, этот анаэробный биохимический процесс осуществляется в основном метановыми бактериями.

ОСВ, сброженные в анаэробных устройствах, имеют следующие свойства:

• черные или темно-серые;
• имеют однородную, мелкую структуру;
• обладают высокой текучестью;
• пахнут асфальтом или сургучом.

Распад органического вещества – 45– 48 %.

Разложение осадков в метантенках сопровождается значительным выделением метана. Объем биогаза с содержанием метана 65 % – до 900 м3 на тонну разложившейся органики. Процесс характеризуется низким уровнем электропотребления.

Обработка жидких осадков в метатенках и аэробных стабилизаторах – не единственный метод их стабилизации. Подобный эффект достигается при компостировании или сушке ила.

Сравним несколько анаэробных процессов сбраживания в таблице:

Вид анаэробного сбраживания	Характеристика процесса	Особенности, сравнение
Мезофильное
Стандартный распространенный процесс.

Чувствительность к температурным колебаниям.

Стабилизированный продукт применяется в сельском хозяйстве, подходит для выработки энергии путем сжигания.

Требуются дополнительные капитальные затраты, но они окупаются выработкой возобновляемой энергии, сокращением затрат на транспортировку отхода.

Обеззараживание

Обеззараживание жидких осадков требуется для уничтожения бактерий, кишечной палочки, патогенных микроорганизмов, а также дезинвазии.

Обеззараживание осадка может проводиться путем термофильного сбраживания в метантенках и компостирования:

1. Система дозирования реагента и перемешивания. Установка используется для реагентного обеззараживания осадка. Для дозирования негашеной извести (30 % к объему обрабатываемого осадка) в обезвоженный осадок предназначены дозаторы, для перемешивания – двухвалковые смесители, для транспортировки полученной смеси в бункер – скребковые транспортеры, бетононасосы. Для дозирования жидких реагентов в жидкий осадок используется расходно-растворный резервуар реагента и дозирующий насос. Обеззараживание негашеной известью достигается при высоких значениях температуры и рН.
2. Установка теплового обеззараживания. Оборудование предназначено для термического обеззараживания.

Жидкий осадок выдерживается в емкости при температуре до 70 °C не менее получаса.

Установка оснащена:

• при подогреве горячей водой – системой теплообменников нагрева и рекуперации;
• при нагреве подачей пара – системой рекуперации.

Метод теплового воздействия обеспечивает полное обеззараживание. Эффективного обезвреживания ОСВ можно добиться при обработке аммиачной водой и тиазоном.

Последний губителен не только для яиц гельминтов, но и для патогенных микроорганизмов, яиц и личинок мух, плесени, семян сорняков.

Обработанный тиазоном осадок выдерживается в буртах, покрытых пленкой, в течение 30 дней. Если такой осадок используется в качестве удобрения, его вносят в почву в осенние месяцы, когда урожай уже убран.

Дополнительная выдержка в естественных условиях

ОСВ выдерживается на имеющихся иловых площадках или на искусственных площадках, предназначенных для стабилизации и обеззараживания осадков. Осадок после механического удаления воды транспортируется и выгружается на площадки для дообработки.

Выдержка осадка производится в течение 2– 5 лет и более: чем продолжительнее период обработки, тем ниже масса и выше уровень минерализации.

За несколько лет выдержки происходят следующие процессы:

• подсушивание;
• вымораживание;
• стабилизация;
• минерализация органики;
• обеззараживание за счет естественных микробиологических процессов.

Технология целесообразна, если до обезвоживания не проводилось термофильное сбраживание, либо после обезвоживания не запланировано компостирование.

Процессы снижения влажности, минерализации, обеззараживания протекают быстрее, если производится ворошение и буртование.

Технология предназначена для подготовки осадков, предварительно подсушенных или механически обезвоженных, к использованию в качестве:

• почвогрунтов;
• органических удобрений;
• рекультиванта.

Компостирование

Компост — это последствие жизнедеятельности специальных микроорганизмов в виде смеси биологических и органических веществ.

Компостирование – подготовка осадка к использованию в качестве органического удобрения, (компоста), биотехнологический способ переработки смеси ОСВ и органических добавок.

Процесс компостирования протекает в результате биотермического разложения и гумификации органических примесей.

Готовый компост представляет собой сыпучий продукт влажностью 40-50 %, без запаха. Содержит полезную микрофлору и другие вещества, необходимые для роста и развития растений, повышающие плодородие почв.

Что происходит во время компостирования:

1. Органические вещества стабилизируются и гумифицируются.
2. Происходит обеззараживание.
3. Влажность снижается от 50 % и более.
4. Масса осадка уменьшается.
5. Улучшаются физико-механические показатели компостируемой массы.
6. Улучшается товарный вид отхода.

ОСВ характеризуются низким отношением углерода к азоту, высокой влажностью, недостаточно аэрируются. Метод компостирования заключается в смешении ОСВ с материалом, сорбирующим влагу и имеющим низкую влажность (до 40 %).

Наполнитель должен насытить ОСВ дополнительным углеродом, придать смеси подходящую для аэрации структуру. Идеальными компонентами компоста из ОСВ являются древесные опилки, отходы растительного происхождения.

Сначала ОСВ должен подвергнуться подготовке – уплотнению (сгущению) в уплотнителях (флотационных), в сооружениях для гравитационного или механического воздействия.

Процесс компостирования состоит из двух фаз:

1. В течение 1-3 недель происходит интенсивное развитие микроорганизмов. Температура среды увеличивается до 50-80 °С. На этом этапе осадок обеззараживается, масса уменьшается.
2. Стадия созревания компоста продолжается от двух недель до 3-6 месяцев. Процесс сопровождается развитием простейших и других организмов, понижением температуры до 40 °С и ниже. При повышении температуры окружающего воздуха разложение органики интенсифицируется.

Применяют следующие варианты компостирования:

• буртовое – путем смешения осадка и наполнителя, буртования и ворошения буртов на площадке;
• тоннельное – с принудительной подачей воздуха.

Контроль агрохимических показателей почв, которые систематически удобряются ОСВ или компостами на их основе, проводится не реже одного раза в 5 лет по показателям:

• pH;
• содержание гумуса;
• подвижных форм азота, фосфора и калия, тяжелых металлов.

На основании результатов исследований выносится решение о возможности/невозможности продолжения использования ОСВ на этом участке.

Способы утилизации

ОСВ на очистных сооружениях образуются непрерывно, считаются крупнотоннажными отходами. Продолжительное накопление (более 11 месяцев) отхода на территории очистных сооружений невозможно, это может нарушить технологический режим эксплуатации оборудования, оказать негативное влияние на окружающую среду, привести к сверхнормативным платежам за НВОС и штрафам.

По этой причине требуется переработка отхода, желательно с максимальным извлечением экономической выгоды.

Продукты переработки ОСВ – осадки, переработанные биотехнологическими, физико-химическими методами, методами термической сушки и сжигания, а также другими способами.

Возможные способы утилизации и варианты использования потенциала ОСВ:

Сжигание

Термическая утилизация максимально сокращает объем осадка в результате окисления органической составляющей, сжигание полностью удаляет ее. Дополнительный эффект от сжигания ОСВ – получение тепловой энергии.

Как протекает процесс:

1. Обезвоженная или высушенная масса отхода сжигается в горячем слое песка, который псевдоожижается воздухом, направленным в зону горения.
2. Осадок смешивается с песком, вода испаряется, а органические вещества окисляются.
3. Доокисление протекает в газовой фазе в верхней части печи.
4. Смесь отходящих газов с золой-уносом очищаются на установках газоочистки. В процессе очистки удаляются твердые частицы, токсичные газы и другие продукты сжигания. Фракции золы улавливаются на электрофильтрах. Дымовые газы очищаются газоочисткой – мокрой, с использованием щелочных реагентов, или сухой, на рукавных фильтрах.

Дымовые газы используются для нагрева дутьевого воздуха, а также как генераторы энергии (пар, электроэнергия). Оставшиеся продукты сжигания (шлаки) выгружаются и передаются на дальнейшее использование. Шлак может использоваться в производстве тротуарной плитки (в смеси с цементом, при применении вибропрессования), для рекультивации, в дорожно-строительных работах.

В процессе сжигания органическая составляющая практически полностью уничтожается, что важно при невозможности почвенной утилизации осадка.

Сжигание осадка трансформирует органическую часть отхода в газообразную фазу — углекислый газ и водяные пары.

Объем сухого вещества сокращается в 4 раза, объем относительно обезвоженного отхода – в 15 раз. Зола от сжигания осадка относится к отходам IV класса опасности.

Сжигание сопровождается значительным электропотреблением и расходом реагентов. Если установка сжигания оборудована системой энергогенерации, вырабатываемая ею энергия покрывает не только собственный расход, но также дает возможность поставлять киловатты другим потребителям.

Большая часть печей для сжигания ОСВ работает в диапазоне температур от 850 до 950 °С. При более высоких температурах, 980 °С и выше, наступает вероятность плавления золы.

Способ относится к дорогостоящим — установки сжигания производятся немногими компаниями, что способствует формированию высоких цен. Методу присущи взрыво- и пожароопасность. Кроме того, заводы по сжиганию отходов традиционно становятся объектом протестов местного населения.

Пиролиз

Пиролиз – термическое разложение органического вещества без доступа кислорода.

При температуре до 700° С образуются:

• горючий газ ­– до 50%;
• полукокс – до 35%;
• жидкие органические вещества – до 15%.

Полукокс подвергается процессу газификации, превращаясь в горючий газ. Все эти вещества улетучиваются с газом. Окислы металлов остаются в камере газификации в виде чистого шлака.

Газификации и пиролизу подвергается только органическая часть осадка, поэтому выбросы в атмосферу содержат меньше загрязняющих веществ, как и при прямом сжигании.

Термохимическая деструкция осадка может проходить в замкнутых герметизированных устройствах, без доступа кислорода и выхода загрязняющих веществ в окружающую среду.

Преимущества метода:

1. В результате образуется парогазовая смесь, конденсат которой является энергоносителем в виде жидкого и газообразного топлива для получения энергии.
2. Углистый остаток (технический углерод) используется как товарный продукт.
3. При пиролизе, протекающем без кислорода, не образуются тяжелые металлы в связанной форме и диоксины.

Недостатки метода:

1. Осадок нуждается в предварительной обработке — гомогенизации, обезвоживании, а также сушке (сухая масса требует меньших энергозатрат от внешних источников).
2. Высокое энергопотребление, более низкий КПД преобразования электроэнергии в тепловую (по сравнению с биогазом).

Плазменная газификация

Термическая деструкция осадка проводится в высокотемпературной плазме, образующейся в плазмотроне как продукт воздействия электродуги на воздушный поток при температуре до 5000 ° С.

Плазмотрон (главный блок установки) создает плотную низкотемпературную плазму. Холодный газ продувается через зону горения стационарного разряда. Газ нагревается, ионизуется, трансформируется в плазму, вытекающей из зоны разряда плазменной струей.

Технология характеризуется уменьшением количества выброса вредных газов, получением конечного продукта в виде стеклованного шлака, безопасного для окружающей среды.

Применение в качестве удобрения

Наиболее распространенным видом конечной утилизации ОСВ является их внесение в почву в качестве высокогумусного удобрения.

При этом в почву может вноситься как необработанный осадок в жидком виде, так осадок и после обработки в виде обезвоженной, высушенной массы или продукта компостирования с различными добавками.

Часто осадок компостируется вместе с торфом.

Чтобы стало возможным использование осадка для внесения в почву по СанПиН 2.1.7.573-96, проводится его предварительное обезвреживание и обеззараживание следующими методами:

• термофильное сбраживание в метантенках;
• термосушка;
• облучение инфракрасными лучами в камере дегельминтизации;
• пастеризация при 70 °С в течение 20 минут;
• аэробная стабилизация с предварительным нагревом смеси сырого осадка с активным илом при 60-65 °С в течение двух часов.

Кроме того, применяется метод компостирования (в смеси с опилками, растительными отходами, соломой, торфом, другими водопоглощающими материалами) в течение 4-5 месяцев. При этом должно соблюдаться условие, чтобы 1-2 месяца этого периода приходились на теплое время года.

К внесению в почву становятся пригодными осадки, выдержанные на иловых площадках в течение периода, определенного климатическим районом:

• I и II – в течение 3 лет;
• III – не менее 2 лет;
• IV – не менее 1 года.

Технологический регламент использования ОСВ в качестве удобрения разрабатывается с учетом характеристик и гидрологического режима почв, концентрации в ОСВ и почве нормируемых загрязняющих веществ, удобряющих элементов (азота, фосфора, калия).

Схема получения из ОСВ органо-известковых удобрений:

1. Механическое обезвоживание.
2. Смешение с известью.
3. Выдержка в естественных условиях в течение нескольких месяцев.

Запрещено внесение удобрений из ОСВ:

• в почву – в водоохранных и заповедных зонах;
• поверхностно – на сенокосах и пастбищах, в лесах и лесопарках.

Использование ОСВ ограничивают два фактора — санитарно-эпидемиологический и санитарно-химический. Современные технологии обработки устраняют эпидемиологическую опасность.

Однако содержащиеся в осадках токсичные компоненты:

• кадмий;
• медь;
• никель;
• свинец;
• хром;
• цинк;
• ртуть;
• мышьяк;
• марганец,

а в некоторых случаях:

• молибден;
• селен;
• кобальт;
• стронций;
• бор;
• бериллий;
• барий,

препятствуют утилизации ОСВ в сельском хозяйстве и затрудняют их применение в качестве рекультивантов нарушенных земель.

Другие способы применения

К альтернативным вариантам активного вовлечения ОСВ в хозяйственный оборот относятся следующие сферы:

• дорожное строительство (производство органо-минерального порошка для асфальтобетонных смесей);
• строительство (производство утеплителя и керамического кирпича).

ОСВ может использоваться:

• в качестве сырья при получении биоугля путем гидротермальной карбонизации;
• для производства твердотопливных брикетов при смешивании осадка с твердыми отходами с получением твердотопливных брикетов.

Однако проблема содержания тяжелых металлов и других опасных примесей выступает лимитирующим фактором. При сжигании вредные вещества могут присутствовать в выбросах дымовых газов и содержаться в золе, образующейся при сжигании осадка.

Почвогрунты

Почвогрунт – материал, предназначенный для восстановления и улучшения физико-химических свойств почвы, с последующим повышением плодородия.

Осадок сточных вод может использоваться как основа для почвогрунтов (искусственных грунтов) – питательной смеси компонентов со свойствами, приближенными к природному плодородному грунту, содержащей в составе удобрительные макро- и микроэлементы, необходимые для роста и развития растений.

Осадок, который прошел обработку подсушиванием на иловых площадках, механическим обезвоживание или дополнительной выдержкой, смешивается с:

• неплодородным грунтом;
• глиной;
• песком;
• торфом;
• различными добавками, усиливающими плодородие.

Доля органики составляет до 30 %. Полученный состав пропускается через виброгрохот для сепарации и отделения крупных примесей.

Почвогрунты используются:

• для обогащения почв;
• в ландшафтном дизайне, при устройстве газонов и клумб, посадке деревьев и кустарников;
• в питомниках лесных и декоративных культур;
• как растительный слой при строительстве придорожного полотна и откосов;
• рекультивации нарушенных земель, карьеров, неорганизованных свалок, полигонов размещения ТКО и промышленных отходов;
• при благоустройстве территорий.

Технология приготовления почвогрунтов использует удобрительные свойства осадка, что позволяет сокращать объем минеральных удобрений со схожим составом.

Одновременно использование мелиоративных свойств ОСВ сокращает разработку торфа и плодородных естественных грунтов, при этом не отчуждаются территории для захоронения ОСВ.

Однако производство почвогрунтов из ОСВ не развивается из-за запретительной системы регулирования использования осадка как отхода IV класса опасности, требующей лицензирования деятельности. В результате предприятиям ЦСВ приходится передавать осадок на полигоны захоронения отходов.

Рекультиванты

Рекультивант (техногрунт, инертный материал) из ОСВ предназначается для:

• биологической и технической рекультивации карьерных выемок (горных выработок) и других нарушенных земель;
• использования в качестве изолирующего слоя на объектах захоронения отходов;
• применения в качестве материала для строительных работ, благоустройства территорий.

Техногрунты производят из ОСВ:

• песка из песколовок;
• осадка первичных отстойников;
• избыточного активного ила;
• осадка от водоподготовки и продуктов их переработки (компостов, почвогрунтов, золы от сжигания осадков), прошедших глубокое обезвоживание, стабилизацию и минерализацию органики, обеззараживание.

ОСВ должны соответствовать по составу и свойствам отходам IV, V классов опасности.

Для получения из осадков рекультивантов обработанный осадок может смешиваться с природным песком, неплодородным грунтом, металлургическим шлаком. Полученный продукт должен отвечать требованиям ГОСТ Р 54534-2011.

Не используются в качестве рекультивантов ОСВ поселений и близкие к ним по составу производственные стоки, соответствующие III классу опасности, отбросы с решеток механической очистки. Данная область применения позволяет не только утилизировать осадки, но и получить экономический эффект за счет рекультивации и возврата нарушенных земель в хозяйственный оборот.

Биотопливо

Из осадка можно получать биотопливо для получения тепло- и электроэнергии. Традиционные технологические схемы состоят из нескольких этапов.

1. Механическое обезвоживание.
2. Термическая сушка.
3. Сжигание термически высушенного осадка с получением золы.

1. Термофильное/мезофильное сбраживание с выделением биогаза.
2. Сжигание биогаза в когенерационных аппаратах для получения тепло- и электроэнергии.

Интересные видео

В видео ролике ниже рассказывается о юридических аспектах обращения с осадком сточных вод:

А в данном видео вы можете наглядно увидеть работу дегидратора для сушки ОСВ и что получается в результате:

Заключение

Осадки, осаждаемые в отстойниках и задерживаемые другими сооружениями, образуются в результате очистки и доочистки стоков. Характеристики осадков зависят от качества исходной воды, применяемых технологий отделения твердой фазы от жидкости, категории оборудования.

В статье проанализированы различные технологии обработки осадков, а также рациональные варианты их утилизации.

Источник https://bioso.ru/pererabotka-i-utilizaciya/obrabotka-i-osadkov-stochnyh-vod.html

Источник https://vodproektstroy.ru/ochistnye-sooruzheniya/osadki/

Источник https://rcycle.net/stochnye-vody/ochistka/osadok-obezvozhivanie-i-drugie-metody-obrabotki