Таблица 3.3 Нагрузки осадка на иловые площадки

Таблица 3.3

Нагрузки осадка на иловые площадки

Разработаны иловые площадки на естественных основаниях без дренажа и с дренажом, на искусственном дренируемом основании, на асфальтобетонном основании, каскадовые иловые площадки с отстаива­нием и поверхностным удалением иловой воды, с гравийными колодца­ми, площадки-уплотнители с механическим удалением осадка и др. При хороших климатических и геологических условиях используют иловые площадки на естественном основании (рис. 3.2), а характе­ристики осадка определяют конструктивные параметры карт.

Н
Рис. 3.2 Иловые площадки: 1 - подача осадка; 2 - иловые карты; 3 - дренажные трубы; 4 - выпуск (деревянный щит под сливным лотком)
а малофильтрующих грунтах применя­ют иловые площадки с отстаиванием и по­верхностным удалением надиловой воды. В этом случае немедленный забор надиловой воды может ускорить процесс подсу­шивания. Количество надиловой воды при­нимается 30-50 % количества осадка. Для обезвоживания осадков c хорошими водоотдающими свойствами лучше использовать иловые площадки-уплотнители. Они пред­ставляют собой прямоугольные железобе­тонные резервуары с отверстиями в про­дольной стене на разных глубинах и пе­рекрытые шиберами. Возможность отвода воды с разных уровней позволяет .значи­тельно увеличить удельную нагрузку до 10-12 м³/ м² год .

Площадь поверхности иловых плошадок:

где W_oc – количество осадка, м³/сут; q_oc – нагрузка осадка на иловые площадки, м³/(м^2. год); К₃ – коэффициент, определяемый как К₃ = , где а = 2 – коэффициент уменьшения объема осадка при сбраживании; = 2 – то же, за счет уплотнения; тогда К₃ = 4.

Высота слоя намораживания H_н = W_octK₄/FK_3, где t – период намораживания; К₄ = 0,75 – коэффициент, учитывающий уменьшение объема по причине фильтрации, испарения; К₅ = 0,8 – коэффициент, учитывающий часть площади под намораживание.

Пример 4. Определить площадь иловых при концентрации взвешенных веществ 200 мг/л, Э = 1,15; n = 1,15; = 7 мг/л;

Рассчитываем объем сырого осадка:

Рассчитываем полезную площадь:

Для сокращения площади, занимаемой иловыми площадками, предлагаются различные конструктивные усовершенствования, которые, как правило, не дают заметного результата. Значительно больший эффект можно получить, используя технологические приемы, повышающие водоотдачу осадка; наиболее перспективным является применение флокулянтов. При применении катионных флокулянтов для предварительной обработки осадков нагрузка может быть увеличена в 2-3 раза. Методика использования флокулянтов для повышения водоотдачи осадков на иловых площадках существенно отличается от таковой для механического обезвоживания, и ее применение должно быть тщательно отработано для различных видов осадка.

Длительность процесса, неблагоприятные для естествен­ной сушки атмосферные условия, перегрузки по количеству поступающего осадка и отсутствие достаточного уровня эксплуатации в связи с несовершенством или отсутствием уборочных механизмов зачастую определяют неудовлетворительную работу иловых площадок, независимо от их конструкции. Все это, наряду с антисанитарным состоянием иловых площадок, вторичным загрязнением природной среды на прилегающих территориях, а главное, необходимостью отвода больших площадей под иловые площадки, привело к развитию методов механического обезвоживания.

Для обезвоживания осадков большое распространение получили осаждательные горизонтальные центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой кека. Работу центрифуги характеризуют ее производительность, эффективность задержания сухого вещества осадка и влажность получаемого кека. Эффективность задержания сухого вещества в зависимости от вида осадка варьируется от 10 до 65%, влажность кека - от 60 до 85%. Для повышения эффективности центрифугирования используются катионные флокулянты, которые позволяют повысить эффективность задержания сухого вещества до 90-95%, а в некоторых случаях до 99%, тогда как минеральные коагулянты повышают этот показатель до 70-80%. Учитывая большое количество сухого вещества, остающегося в фугате, при использовании центрифуг приходится предусматривать дополнительную обработку фугата, кроме случаев эффективного применения флокулянтов.

Эффективными способами обезвоживания осадка является фильтрование на вакуум-фильтрах и фильтр-прессах. Процесс отделения жидкости от твердой фазы осуществляется при разности давлений над фильтрующей средой и под ней. В начале процесса фильтрующим материалом является фильтровальная ткань, на которой затем образуется слой осадка, соз­дающего добавочный фильтрующий слой.

Барабанные вакуум-фильтры непрерывного действия общего назначения применяются для обезвоживания сырых и сброженных осадков. На фильтрах под действием вакуума (300-500 мм рт. ст.) обезвоживаются осадки первичных отстойников или смесь их с избыточным активным илом, за 3-4 минуты образующие слой кека не менее 5 мм влажностью 75-80%. При обезвоживании только активного ила влажность кека значительно выше - до 85-87%.

Производительность вакуум-фильтров составляет для осадков из первичных отстойников 20-40 кг/м² в час по сухому веществу, и для активного ила - 8-12 кг/м² в час.

Применение для обезвоживания осадков фильтр-прессов обеспечивает получение осадка влажностью 50-70%. Рамные и камерные фильтр-прессы являются установками периодического действия, ленточные горизонтальные, вертикальные, барабанные фильтр-прессы — непрерывного действия. Производительность фильтр-прессов - для сброженных осадков из первичных отстойников от 7 до 17 кг/м² в час, для активного ила от 2 до 7 кг/м² в час, хотя данные о результатах, получаемых на практике при применении фильтр-прессов, очень противоречивы.

Перед механическим обезвоживанием осадка для снижения его удельного сопротивления необходимо применять реагентную обработку. В настоящее время в качестве реагентов используется хлорное железо (FеС1₃) и известь (СаО) с дозами по сухому веществу до 6% и 15-20%, соответственно. Удельное сопротивление после реагентной обработки должно быть, в общем случае, в пределах (5-60) х 1010 см/г.

Через каждые 20-24 часа работы требуется регенерация фильтровальной ткани 10%-ным раствором ингибированной соляной кислоты. Учитывая сложность эксплуатации реагентного хозяйства, проблемы с транспортировкой и хранением реагентов, вредность производства работ при использовании хлорного железа и извести, большие суммарные их дозы (до 20% по сухому веществу обрабатываемого осадка), при низком содержании активного вещества реагента в товарном продукте, поставляемом на очистные сооружения, цеха механического обезвоживания осадка на больших станциях не могут работать на полную мощность. Так, в товарной извести, поставляемой на очистные сооружения, активное вещество составляет 10-20%, следовательно, при дозах реагента 15% от сухого вещества осадка для обработки 1 т осадка на станцию необходимо завести 1 т извести. Для цеха обезвоживания осадка производительностью 60 т в сутки нужно ежесуточно завозить на очи­стные сооружения 1 вагон товарной извести, что совершенно нереально. С минеральными реагентами в осадок вносится большое количество инертных веществ, увеличивающих стоимость вывоза и хранения осадка.

С целью интенсификации процесса обезвоживания осадков сточных вод ведутся исследования по созданию и применению высокомолекулярных флокулянтов. Сущность действия высокомолекулярных флокулянтов заключается в ускорении процесса образования и повышении прочности коллоидных структур, а также связывании микрохлопьев в крупные агрегаты.

Метод обработки осадка флокулянтами прост и безопасен в эксплуатации, не вносит посторонних дополнительных компонентов, а по сравнению с хлорным железом значительно меньшие дозы флокулянтов снижают удельное сопротивление осадков до величин, позволяющих обрабатывать осадок на вакуум-фильтрах и фильтр-прессах, и при этом не требуют применения извести.

ЦНИИЭП инженерного оборудования отработан и внедрен на очистных сооружениях г. Подольска метод обезвоживания осадка на вакуум-фильтрах с применением флокулянта КФ-91, выпускаемого Волжским производственным объединением «Оргсинтез» (Россия).

Доза флокулянта КФ-91 составляет 0,1-0,15% от количества сухого вещества осадка, что в 100 раз меньше, чем при применении хлорного железа и извести. Производительность вакуум-фильтров увеличилась почти в 2 раза, влажность получаемого кека менее 80%, причем общее количество вывозимого осадка уменьшилось более чем на 15%.

ЦНИИЭП инженерного оборудования разработаны типовые проекты цехов механического обезвоживания осадка на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах.

Подробно методы и конструкции установок для уплотнения, стабилизации, реагентной обработки и обезвоживания осадка приведены в /28/.

Любая технологическая схема обработки осадков должна отвечать следующим требованиям: возможности использования или ликвидации осадка, целесообразности использования побочных продуктов (газа, тепла), экономии площадей, занимаемых очистными сооружениями. На рис. 3.3, 3.4, 3.5 приведены некоторые наиболее распространенные принципиальные комплексные технологические схемы обработки осадка. Та или иная схема может применяться в определенном ограниченном диапазоне производительности сооружений для об­работки осадка.




Приемлемыми способами ликвидации обработанного осадка могут быть только сельскохозяйственное использование или хранение (депонирование) осадка. Сельскохозяйственное использование чаше всего не применяется из-за высокой концентрации в осадках солей тяжелых металлов. Для решения этой проблемы нужно за счет локальной очистки исключить или хотя бы снизить поступление тяжелых металлов со сточными водами, или разрабатывать технологии по выделению из осадков тяжелых металлов, т.е. по детоксикации осадков.

В табл. 3.4 приведены методы и объемы утилизации осадков в различных европейских странах (по данным финской фирмы «Планцентр») /29/.

При этом должны быть приняты меры по защите подземных вод от загрязнения, а также проведены мероприятия по озеленению поверхности полигона, чтобы уменьшить возможный вред от биогаза, выделяемого осадком при хранении.

В условиях усадебной (или коттеджной) застройки, когда сроки строительства домов или их реконструкция и благоустройство растянуты по времени, практически невозможно и часто экономически нецелесообразно осуществлять строительство централизованной системы канализации с очистными сооружениями. Применяемое на практике широко распространенное техническое решение канализования отдельного жилого дома со сбором сточных вод в накопители и последующим их вывозом приводит к загрязнению близлежащих водоемов и территорий.

Принимаемые в проектах усадебных жилых домов технические решения, рассчитанные на присоединение к централизованным системам канализации, формально имеющие высокие технико-экономические и экологические показатели, не соответствуют реальным условиям строительства.

Водоотведение отдельно стоящих объектов характеризуется высокой неравномерностью притока сточных вод по расходам, концентрациям загрязнений, температуре. Нередки длительные перерывы в образовании сточных вод, например, из-за отъезда жителей усадебного дома на отдых. Эти особенности водоотведения малых объектов канализования крайне отрицательно сказываются на условиях проведения процессов очистки сточных вод. Это усугубляется тем, что на автономных очистных сооружениях, как правило, нет специализированного обслуживающего персонала. Поэтому очистные сооружения в этом случае должны отвечать следующим требованиям:

- простота в монтаже и эксплуатации;

- эффективность и надежность в работе;

- низкая энергоемкость.

В нашей стране и за рубежом для очистки малых количеств сточных вод применяются сооружения, основанные на естественных методах - это сооружения подземной фильтрации с предварительным осветлением в септиках: фильтрующие колодцы, поля подземной фильтрации, фильтрующие траншеи и песчано-гравийные фильтры. Эти сооружения, типовые проекты которых разработаны ЦНИИЭП инженерного оборудования, обеспечивают полную биологическую очистку воды.

Однако, они занимают значительную площадь, что при небольших размерах индивидуальных участков, выделяемых под коттеджи, весьма существенно. Но самое главное, фильтрующие колодцы и поля подземной фильтрации применимы только на хорошо фильтрующих грунтах при низком стоянии грунтовых вод, что встречается у нас только в 15-20% случаев. Фильтрующие траншеи и песчано-гравийные фильтры, применяемые в условиях плохо фильтрующих грунтов и поэтому имеющие сброс очищенных вод в открытые водоемы, не обеспечивают глубокой очистки сточных вод. Во многих случаях это имеет решающее значение, т.к. требования, предъявляемые органами санэпиднадзора и охраны природы, постоянно ужесточаются.

В зарубежной практике очистки сточных вод кроме сооружений подземной фильтрации распространены установки искусственной биологической очистки заводского изготовления. Это UPO-Vesipoika фирмы UPO, Argument фирмы Kaivo ja Pohja, Bioclere (Финляндия), Combi АО Druzstvo (Чехия) и др. Все они выполнены в едином блоке, снабжены насосами или воздуходувками, работают по принципу аэротенков или биофильтров. Требования к качеству очищенных сточных вод в этих странах значительно ниже, а именно по БПК полн. 20-30 мг/л, концентрация взвешенных веществ 25-30 мг/л. Серийно выпускаемых установок для очистки сточных вод индивидуальных жилых домов, обеспечивающих снижение БПК и концентрации взвешенных веществ до 3-5 мг/л, в зарубежной практике не существует.

В установках UPO-Vesipoika и Bioclere использован принцип работы биофильтра-стабилизатора. В установке Bioclere может быть смонтирована дополнительная ступень реагентной обработки для удаления соединений фосфора. UPO-Vesipoika выполнена из металла, Bioclere - из стеклопластика или железобетонных элементов. Концентрация загрязнений в воде, очищенной на этих установках, по взвешенным веществам 20-30 мг/л, по БПК.5 15-25 мг/л, при использовании ступени реагентной обработки - по ВПК 25 мг/л, по фосфатам 1,5 мг/л.

Установки Combi АО Druzstvo представляют собой вращающийся биофильтр. При последовательном монтаже нескольких секций биофильтра можно получить высокую степень очистки сточных вод. Однако следует иметь в виду, что для нормальной жизнедеятельности бактерий биопленки необходимо обеспечить положительную температуру воздуха над биофильтром и в зимний период, что сложнее, чем обеспечить необходимую температуру воды. Следовательно, установка должна располагаться в отапливаемом помещении.

В ЦНИИЭП инженерного оборудования разработана технология и установка «Водолей» для очистки сточных вод индивидуальных жилых домов, обеспечивающие качество очищенных сточных вод, позволяющее осуществлять их сброс в открытые водоемы или фильтрацию в грунт без загрязнения окружающей среды. Установка располагается под землей, занимая минимальную площадь для размещения, не требует ежедневного обслуживания, проста и надежна в эксплуатации.

Установка (Рис. 4.1) выполнена в едином блоке, состоящем из первичного отстойника по типу двухъярусного, аэротенка с затопленной загрузкой и струйной аэрацией и вторичного отстойника.

Использование затопленной загрузки (с прикрепленной микрофлорой) позволяет постоянно иметь в установке запас микроорганизмов, осуществляющих очистку сточных вод, биомасса которых саморегулируется в зависимости от величины органической нагрузки. Установка может эффективно работать при сколь угодно низкой величине органической нагрузки, не выходит из строя при отсутствии притока сточных вод и быстро повышает свою окислительную мощность при увеличении нагрузки.

Предлагаемая технология исключает необходимость постоянного удаления накапливающегося осадка за счет высокой степени минерализации и малого его количества, а также конструктивных особенностей установки.

Производительность установок от 1 до 12 м³/сутки, потребляемая мощность 0,3-1,5 кВт. Установка выполнена из металла с антикоррозийным покрытием.

Установки «Водолей», дополненные блоком глубокой очистки, обеспечивают необходимые требования к качеству очищенной воды по БПК и взвешенным веществам до 3-5 мг/л.

Сооружения построены в Московской области. Исследования эффективности работы установок «Водолей» научно-исследовательским институтом экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина РАМН подтвердили их высокую эффективность, и Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического надзора Российской Федерации выдан гигиенический сертификат на их использование на территории России.

В установке «Сириус-Б» (Рис. 4.2) производительностью до 25 м³/сутки предусмотрено регулирование притока исходной сточной воды, что позволяет на всех последующих стадиях применять
Рис. 4.1