Файл: Учебное пособие Процессы и аппараты защиты окружающей среды.pdf

152 губительные для микроорганизмов). Черви прорывают ходы между частицами шлака, разрыхляют биологическую пленку и тем самым облегчают доступ в нее кислороду. Кроме того, черви, питаясь органическими веществами, переваривают и разлагают ряд стойких соединений – хитин, клетчатку.
Биоценоз активной пленки очень чувствителен к измене- ниям температуры. Процесс резко замедляется при низких температурах.
Относительное количество ила в биофильтре в 25-50 раз больше, чем в аэротенке. Если в аэротенке активного ила в пересчете на сухое вещество содержится около 2-5 гна литр, то на биофильтре его примерно 100 гна 1 л. Следовательно, скорость окисления на биофильтре больше, чем в аэротенке.
Однако полной очистки не достигается даже на самых со- вершенных биофильтрах. В очищенной жидкости остаются органические вещества и микроорганизмы. Поэтому после аэ- рофильтров жидкость обеззараживается.
Очистительные пруды напоминают естественные водо- емы. Это искусственные водоемы глубиной около 1 м, разме- рами от 0,6 до 1,5 га, последовательно соединенные друг с другом. Сточная жидкость, осветленная в первичном отстой- нике и разбавленная в пять раз чистой водой, поступает в пру- ды, проходит через них и очищается. Пруды заселяют зер- кальным карпом и разводят уток, которые не допускают обра- зования ряски, затрудняющей проникновение воздуха в воду.
Планктон очистительных прудов представлен тысячами мельчайших организмов в 1 мли миллионами бактерий (они представлены α- и β-мезосапробными формами.) В планктоне играют большую роль крупные представители гидрофауны – инфузории, коловратки и низшие ракообразные.
Функции зеленого планктона сводятся к продуцированию кислорода и обеспечению опоры для микробного населения.
Бактериальный планктон выполняет роль минерализаторов органического вещества, а зоопланктон уничтожает планкто- нические формы.

153
Бентос представлен высшими растительными организма- ми и обитателями донного ила. Из последних большую роль играет в очистке воды донный житель – мотыль. На 1м2живет до 90000 шт. мотылей. Они пропускают через себя в сутки иловые массы, в 4-6 раз превышающие вес их тела.
Планктон и бентос принимают активное участие в пере- работке загрязнений в сточной жидкости. Кроме биологиче- ской очистки в биологических прудах происходит физико- химическая очистка (окисление кислородом, ультрафиолетом, гравитационное осаждение и т.д.).
Очистительные пруды очень чувствительны к темпера- турным, колебаниям. Благоприятной температурой для этих очистных сооружений является 20-26°С. При низких темпера- турах процесс очистки резко снижается, а в зимнее время пру- ды не работают совсем. Следовательно, очистительные пруды рационально строить в южных районах нашей страны. Жид- кость, очищенная в прудах, обладает высокой прозрачностью, но содержит обильный планктон. Очищенная вода имеет низ- кую концентрацию органических веществ (БПК
5
снижается до
10-15 мг/л), низкое содержание азота аммонийных солей и сильное снижение числа бактерий.
2.5.2. АНАЭРОБНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Для обработки осадка сточной жидкости применяются анаэробные процессы. Для этого устраиваются сооружения, рассчитанные на использование весьма сложного комбиниро- ванного процесса, возбуждаемого целым комплексом анаэроб- ных микроорганизмов.
Целью такой переработки является:
1. изменение физической структуры осадка, чтобы облег- чить его высушивание и последующее использование или уничтожение;
2. уменьшение массы осадка за счет превращения органи- ческого вещества в газы брожения и растворимые соли;
3. утилизация части органического вещества в форме га-

154 зов брожения, а остаток от брожения в форме удобрения;
4. обеззараживание осадка, так как он содержит патоген- ные (болезнетворные) микроорганизмы и является опасным для здоровья человека и животных.
При разрушении осадков сточных вод большое значение имеет метановое брожение. Этот процесс приводит к умень- шению объема осадка и к образованию горючего газа метана.
Установлено, что этот газ образуется в природных условиях в результате жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов.
Основными параметрами анаэробного сбраживания являются температура, регулирующая интенсивность процесса, доза за- грузки осадка и степень его перемешивания. Процессы сбра- живания ведут в мезофильных (30-35ºС) и термофильных (50-
55°С). Полного сбраживания органических веществ достичь нельзя. В среднем степень распада составляет 40%.
Для анаэробной обработки осадков сточных вод в на- стоящее время применяются три типа очистных сооружений: септиктенк, двухъярусный отстойник, метантенк. Микробио- логические процессы во всех трех сооружениях по существу одинаковы, но интенсивность биохимических процессов раз- лична.
Септиктенк представляет собой горизонтальный отстой- ник, через который медленно протекает сточная жидкость.
Осадок из нее оседает на дно и хранится в нем до 12 месяцев.
Его устройство, показано на рисунке 2.32. Со временем осадок в нем расслаивается. Часть его всплывает наверх, образуя пла- вающий слой, который называют «коркой». При длительном хранении донный осадок уплотняется (до 85-88% влаги), за- гнивает и в нем протекают процессы брожения. Образующие- ся при этом газы поднимаются наверх, увлекая за собой час- тички осадка, которые слипаются с коркой, увеличивая ее толщину. На корке развиваются различные грибы, которые, пронизывая ее своими нитями, увеличивают ее прочность.
Плавающий слой сохраняет тепло этого сооружения и тем самым способствует интенсификации биологических процес-

155 сов. Кроме того, в корке поселяются аэробы, поглощающие кислород, и этим обеспечивающие анаэробиоз сооружения.
Сточная жидкость, движущаяся между коркой и осадком, обогащается продуктами гниения, например сероводородом, и приобретает неприятный запах. Иловая жидкость плохо пере- мешивается со свежей сточной жидкостью, поэтому в ней на- капливаются летучие жирные кислоты, которые снижают рН до 5. Вследствие этого в газе наряду с СО
2
, СН
4
, Н
2
образуется
H
2
S.
Рис.2.32. Схема устройства септиктенка: а – общий вид (в разрезе); б – в плане
Анаэробные микробы получают энергию за счет сбражи- вания органических веществ. Эта энергия очень мала, поэтому организмы, использующие ее, вынуждены перерабатывать ог- ромные количества исходных продуктов. В этом заключается практическая ценность анаэробных процессов. Но чем меньше термохимический эффект реакции, тем медленнее происходит рост и размножение возбудителей этих процессов.
Процесс минерализации можно ускорить добавлением к септическому илу, содержащему большую массу микробов и ферментов, определенного количества свежего осадка, тща- тельным перемешиванием этих осадков, а также повышением температуры.
Все эти условия отсутствуют в септиктенке, поэтому про- цесс в нем протекает медленно. Но при длительном хранении

156 осадка в этом сооружении объем его уменьшается на 50%. В сброженном осадке остаются патогенные микробы и яйца гельминтов. Использовать его в качестве удобрения нельзя.
Септиктенки применяются в сельской канализации и в городах при устройстве малой канализации.
Устройство двухъярусного отстойникапоказано на рис.2.33. В отличие от септиктенка в двухъярусном отстойни- ке осаждение осадка происходит в отстойных лотках с про- дольной щелью на дне, через которую осадок попадает в ниж- нюю септическую часть и накапливается в ней слоем до 7 м.
Процессы, происходящие в септической части, не отличаются от процессов септиктенка, только газы брожения не попадают в проходящую сточную жидкость, а выходят в атмосферу че- рез «газовые пазухи», В двухъярусном отстойнике осадок не расслаивается.
Рис. 2.33. Схема устройства двухъярусного отстойника
(цифрами указана влажность бродящего осадка)
Выпуск перегнившего септического ила производится че- рез иловую трубу под гидростатическим напором в 1,5-2,0 м.
При частичном удалении донного осадка происходит добавле- ние новых порций свежего осадка и перемешивание его со

157
«зрелым», т.е. септическим, илом. Происходит разбавление иловой жидкости новыми порциями сточной жидкости.
В двухъярусном отстойнике активно работает микрофло- ра поверхностных слоев бродящего осадка, где влажность не ниже 94%. (Наблюдения различных исследователей показали, что распад осадка ослабевает с понижением его влажности.)
Иловая жидкость обладает большой концентрацией гидрокар- боната аммония; это обусловливает ее высокую буферность.
Благодаря этому рН иловой жидкости поддерживается в пре- делах от 6,5 до 7,8. В составе газов отсутствует сероводород, и сброженный осадок не обладает плохим запахом. Процесс распада органических веществ в двухъярусном отстойнике происходит гораздо глубже, чем в септиктенке. Причины бла- гоприятного течения, процесса в этом сооружении складыва- ются из правильного соотношения септического ила и свежего осадка, лучшего перемешивания, чем в септиктенке, а также из частичной смены иловой воды вовремя выпуска зрелого осадка.
Метантенкомназывается бродильная камера, в которой создаются оптимальные условия для анаэробного разложения органического вещества осадка сточных вод.
Техническое оформление метантенка чрезвычайно разно- образно, но какие бы формы и размеры не придавались этому сооружению, основным в нём является температура бродяще- го осадка, регулирующая, интенсивность процесса, доза за- грузки «свежего» осадка и тщательность перемешивания сеп- тического ила со свежей загрузкой.
Примерное устройство метантенка с незатопленным пе- рекрытием показано на рисунке 2.34. Это сооружение подог- ревается горячей водой или паром. Вода циркулирует по тру- бам, а пар чаще всего вводится прямо в бродящий осадок.
Перемешивание производится механическим и мешалка- ми или гидравлическими насосами. Использование для этой цели насосов основано на перекачивании донных слоев осадка в верхние. Это приводит к рыхлению бродящей массы, так как в процессе перемешивания происходит обильное выделение

158 газа. Впуск и выпуск осадков производится с помощью насо- сов.
Рис.2.34. Схема устройства метантенка с механическим пере- мешиванием и с незатопленным перекрытием
Конструкция обеспечивает анаэробность процесса, так как в сооружении всегда поддерживается положительное дав- ление газа. Это исключает возможность попадания воздуха в метантенк. Кроме того, плавающее перекрытие своей тяже- стью давит на плавающий слой (корку) осадка и тем самым поддерживает в нем влажность, необходимую для микробио- логических процессов.
Наиболее интенсивно процессы распада протекают в тер- мофильных условиях. Термофильные микроорганизмы имеют весьма энергичный обмен веществ, процессы осмотического всасывания и удаление ненужных веществ из клеток протека- ют быстрее, чем у мезофилов.
При термофильном брожении распад органического ве- щества достигает 55-65%. Кроме того, в этих условиях проис- ходит отмирание патогенных микробов кишечной группы и яиц гельминтов. Возбудители брюшного тифа, паратифа и ди- зентерии погибают в течение нескольких часов.
Поскольку загрузка и выгрузка метантенков происходят обычно один раз в сутки, то термофильное брожение дает

159 полную гарантию гибели патогенных микробов кишечной группы и яиц гельминтов. Гибель микробов вызвана длитель- ным повышением температуры выше 50°С.
При брожении в метантенках из одного кубометра твер- дой фазы сточной жидкости образуется от 10 до 18 м
3
газа, состоящего из метана (70%) и углекислоты (30%). Метан ис- пользуется как топливо, а углекислота для получения сухого льда. Остаток твердой фазы, не разрушенный при брожении, называется сброженным осадком, или септическим илом.
Сброженный осадок окрашен в характерный черный цвет за счет накапливания гуминовых веществ и за счет образования сернистого железа. Этот осадок легко отдает воду, имеет при- ятный вид и запах асфальта. В нем содержатся минеральные и органические вещества, необходимые для нормального разви- тия растений, а именно: около 12% гуминовых веществ, 3% общего азота, 3,78% фосфорной кислоты, 0,22% калия, 1% окиси кальция (в процентах к сухому веществу).
По содержанию фосфора и азота сброженный осадок можно сравнить с лучшими естественными удобрениями. По- этому его широко используют для удобрения полей.
Кроме того, сброженный осадок используется в виде топ- лива. Для этого его подсушивают на иловых площадках, а за- тем формуют в топливные брикеты.
3. ЗАЩИТА ЛИТОСФЕРЫ
Накопление значительных масс твердых отходов в про- мышленности обусловлено существующим уровнем техноло- гии переработки сырья и недостаточностью его комплексного использования. В то же время значительная часть отходов промышленных предприятий может быть эффективно исполь- зована в народном хозяйстве.
Многообразие видов твердых отходов, значительное раз- личие состава одноименных отходов усложняет задачи их утилизации. В то же время, различные технологии рекупера- ции твердых отходов в своей основе базируются на методах,

160 совокупность которых обеспечивает возможность утилизации вторичных материальных ресурсов или их переработки в це- левые продукты.
3.1. М ЕХАНИЧЕСК АЯ, М ЕХАНОТЕРМ ИЧЕСК АЯ И
ТЕРМ ИЧЕСК АЯ ПЕРЕРАБОТК А ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ
Утилизация твердых отходов приводит к необходимости либо их разделения на компоненты с последующей переработ- кой сепарированных материалов различными методами, либо придания им определенного вида, обеспечивающих саму воз- можность утилизации отходов.
Для тех промышленных отходов, утилизация которых не связана с необходимостью проведения фазовых превращений или воздействия химических реагентов, но которые не могут быть использованы непосредственно, применяются два вида механической обработки: измельчение и укрупнение. Это в равной степени относится к отходам как органического, так и неорганического происхождения.
После измельчения, за которым может следовать фрак- ционирование, отходы превращаются в продукты, готовые для дальнейшего использования.
Твердый материал можно разрушить и измельчить до частиц желаемого размера раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, резанием, распиливанием, истиранием и раз- личными комбинациями этих способов.
По размеру кусков исходного сырья и конечного продук- та измельчение условно делят на несколько классов, исходя из которых выбирают измельчающее оборудование.
Дробление. Интенсивность и эффективность химических диффузионных и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых ма- териалов. Метод дробления используется для получения из крупных кусков перерабатываемых материалов продуктов крупностью до 5 мм. Дробление широко используют при пе- реработки вскрыши при открытых разработках полезных ис-

161 копаемых, отвальных шлаков металлургических предприятий, вышедших из употребления резиновых технических изделий, строительных и других материалов. В качестве основных тех- нологических показателей дробления рассматривают степень и энергоемкость дробления. Для дробления большинства ви- дов твердых отходов используют щековые, конусные, валко- вые и роторные дробилки различных видов. Для разделки очень крупных конгломераторов используются копровые ме- ханизмы, механические ножницы, дисковые пилы и некоторые другие механизмы и приемы (например, взрыв).
Измельчение. Метод измельчения используют для полу- чения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм.
При переработке твердых отходов используют агрегаты грубого и тонкого измельчения: стержневые, шаровые и ноже- вые мельницы, дезинтеграторы, дисковые и кольцевые мель- ницы, бегуны. В качестве несущей среды при сухом измельче- нии чаще всего применяют воздух, а при мокром – воду. Из- мельчение отходов пластмасс и резиновых технических изде- лий проводят при низких температурах (криогенное измельче- ние).
Классификация и сортировка (сепарация) отходов. В ряде случаев переработка измельченных отходов должна сопрово- ждаться их разделением на фракции по крупности.
Для разделения кусковых и сыпучих материалов приме- няют различные способы:
- просеивание или грохочение;
- разделение под действием гравитационно-инерционных сил;
- разделение под действием гравитационно- центробежных сил.
Грохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях
(колосниковых решетках, решетах, проволочных сетках, ще- левидных ситах).