Файл: 1 Характеристика предприятия как источника образования отходов.doc
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 398
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
состоящую из аэробных бактерий, отмерших тел микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности, мелких частиц загрузочного материала и выноса мельчайших взвешенных частиц, не задержанных первичными отстойниками.
В осадках, как ив сточной воде, можно найти все основные формы бактерий : палочковидные, шарообразные, извитые. К микроорганизмам относятся также дрожжи и плесени. Бактериальная заселенность осадков на порядок выше, чем сточных вод, они содержат много гельминтов /18/.
Механический состав осадков отличается большой неоднородностью. Размеры отдельных частиц колеблются от 10мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности.
2.2 Методы обработки осадков
Химический состав производственных сточных вод существенным образом влияет на выбор метода их обработки.
В необработанном состоянии осадок, образующийся в результате очистки сточных вод занимает много места и негативно воздействует на окружающую среду. В общем случае обработка осадков производственных сточных вод состоит из технологических процессов представленных на рисунке 2.1.
О
САДОК
Рисунок 2.1 – Типовые процессы, применяемые для обработки осадков производственных сточных вод
Стадия уплотнения осадков является, как правило, неотъемлемой частью любой технологической схемы их обработки.
Стабилизация производится с целью предотвращения загнивания осадков для облегчения их захоронения или утилизации. Сущность стабилизации осадков заключается в изменении их физико-химических характеристик, при которых происходит подавление жизнедеятельности гнилостных бактерий.
Кондиционирование – прием, которым обеспечивается наилучшее обезвоживание осадков и которым в большинстве случаев заканчивается их обработка. С помощью кондиционирования увеличивают водоотдающие свойства осадков путем изменения их структуры и форм связи воды.
Обезвоживание осадков осуществляется в условиях естественных и искусственных. Заключительным этапом обезвоживания осадков является их термическая сушка.
Утилизация осадков сточных вод промышленных предприятий предназначена для извлечения и использования ценных веществ.
Ликвидацию малозольных осадков применяют в тех случаях, когда утилизация их невозможна или экономически нецелесообразна, а также с целью их обезвреживания и уменьшения объема, если в них содержатся токсичные примеси.
2.2.1 Уплотнение осадков
Для уплотнения используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы.
Гравитационный метод уплотнения является наиболее распространенным и применяется для уплотнения избыточного активного ила и сброженных осадков. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или радиальные отстойники. Наибольшее распространение получили илоуплотнители радиального типа, так как в них активный ил получается более высокой концентрации при меньшей длительности уплотнения.
Гравитационное уплотнение не эффективно: наблюдается высокая концентрация взвешенных веществ в отделяемой воде и большая влажность уплотненных осадков, что удорожает последующую их обработку. Для интенсификации процесса используют: коагулирование осадков, например, обрабатывают осадок хлорным железом; перемешивание с помощью стержневых мешалок; совместное уплотнение различных видов осадков, например, совместное уплотнение сырого осадка из первичного отстойника и активного ила; термогравитационный метод, который основан на нагревании иловой жидкости. При этом гидратная оболочка вокруг частиц активного ила разрушается, часть связанной воды переходит в свободную, и процесс уплотнения улучшается. Оптимальная температура нагрева 80-90°С.
Флотационный метод уплотнения осадков основан на прилипании частиц активного ила к пузырькам воздуха и всплывании вместе с ними на поверхность. Для образования пузырьков воздуха может быть использован метод напорной флотации, вакуум-флотации, электрофлотации и биологической флотации (за счет развития и жизнедеятельности микроорганизмов при подогреве осадка до 35-55°С). Достоинства метода состоят в сокращении продолжительности процесса ,более высокой степени уплотнения и, главное, в возможности регулировать путем оперативного изменения параметров.
Наибольшее распространение на практике получила напорная флотация. При напорной флотации применяют непосредственное насыщение уплотняемой суспензии воздухом или же используют рабочую жидкость, давление воздуха 0,4 МПа. Когда во флотационном резервуаре снимается давление, выделяющиеся пузырьки воздуха флотируют твердые частицы остатка и увлекают их на поверхность. Образовавшаяся пена непрерывно или периодически удаляется. При флотационном способе скорость уплотнения осадков в 10-15 раз больше, чем при гравитационном.
Сгущение активного ила проводят в гидроциклонах, центрифугах и сепараторах. Процессы протекают в поле центробежных сил при высоких скоростях разделения /16/.
2.2.2 Стабилизация осадков биологическими методами
Этот процесс проводят для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества на диоксид углерода, метан и воду. Стабилизацию ведут при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных условиях проводится сбраживание в септиках, двухъярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. Септики и отстойники используют на установках небольшой производительности. Наиболее широкое распространение получили метантенки.
Аэробная стабилизация заключается в продолжительной обработке ила в аэроционных сооружениях с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. В результате такой обработки происходит распад (окисление) основной части биоразлагаемых органических веществ (до С02, Н2О и NH3). Оставшиеся органические вещества становятся неспособными к загниванию, т. е. стабилизируются. Расход кислорода на процесс стабилизации приблизительно равен 0,7 кг/кг органического вещества.
Аэробную стабилизацию можно проводить и для смеси осадков из первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффективность процесса аэробной стабилизации зависит от его продолжительности, интенсивности аэрации, температуры, состава и свойств окисляемого осадка. Аэробная стабилизация отличается простотой, устойчивостью, взрывобезопасностью, низкой строительной стоимостью, обеспечивает образование биологически стабильного и лишенного запаха конечного продукта, частичное сохранение в осадках полезных для удобрения почвы свойств. Недостаток: высокие энергетические затраты на аэрацию, малоэффективная работа в холодное время года.
Компостирование – это экзотермический процесс биологического окисления. Метод компостирования заключается в смешении осадка с заранее приготовленным компостом, имеющим низкую влажность с последующей аэрацией в течении 21 суток. Метод прост в эксплуатации, не требует больших капитальных затрат, достигается не только стабилизация, но и обеззараживание, так как в результате биологических процессов разложения органических веществ температура внутри компостных куч поднимается до 50-70 и удерживается на этом уровне 15-20 суток /14/.
Проблема обработки и утилизации осадков сточных вод в течение последних десятилетий остается весьма актуальной не только в РФ, но и во всем мире. Практическая задача в этом случае заключается в том, чтобы не только уменьшить объемы образующихся осадков, но и найти относительно недорогие пути их использования. Основной трудностью, препятствующей использованию осадков сточных вод, является, как правило, повышенное содержание в них тяжелых металлов, нефтепродуктов и других токсикантов.
Одним из путей обезвреживания осадков сточных вод, в частности от нефтепродуктов является смешение их с биомассой нефтеокисляющих микроорганизмов. Такая технология обезвреживания осадков сточных вод апробирована многими разработчиками, но по-прежнему остается ряд нерешенных вопросов, а именно, большая стоимость биомассы нефтеокисляющих микроорганизмов и слабая адаптированность последних к сопутствующим токсикантам, в том числе к тяжелым металлам.
Сотрудники Государственного НИИ биосинтеза белковых веществ Ксенофонтов Б. С., Дулина Л. А. предложили использовать в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов адаптированный к повышенным концентрациям нефтепродуктов активный ил /19/.
Добавление к осадку сточных вод нативного активного ила в количестве примерно от 0,3 до 1,5% АСВ по отношению к сухой массе осадка и при дальнейшем неинтенсивном перемешивании позволяет примерно в течение 1-2 недель уменьшить содержание нефтепродуктов в осадке до 8-17% от их исходного содержания.
Указанные выше способы имеют существенные недостатки, связанные с тем, что часть микроорганизмов в распыляемом биопрепарате могут быть уже мертвыми, а живые микроорганизмы, попадая в почву, осуществляют свою жизнедеятельность в неоптимальных условиях, что связано как с несбалансированностью питательных веществ, так с неоптимальным содержанием влаги в почве.
Для устранения указанных недостатков авторами разработан способ получения биопрепаратов в местах их использования. В этом случае препарат не высушивается, а используется в виде суспензии. При этом содержание мертвых клеток в препарате резко
уменьшается из-за отсутствия стадии сушки, столь необходимой в известных способах. Кроме того, предлагаемый способ включает создание более благоприятных условий для культивирования микроорганизмов по сравнению с естественными условиями.
С этой целью в загрязненную почву в летнее время года вносятся наряду с микроорганизмами и необходимые для их жизнедеятельности вещества, которые отсутствуют или находятся в незначительной концентрации на данном участке почвы. При этом почву периодически поливают и рыхлят для поддержания в ней необходимого содержания влаги и воздуха /20/.
2.2.3 Кондиционирование осадков
К методам кондиционирования осадков относят: реагентную обработку, тепловую обработку, жидкофазное окисление, замораживание и оттаивание.
При реагентной обработке осадка происходит коагуляция — процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц. Образование при этом крупных хлопьев с разрывом сольвентных оболочек и изменением форм связи воды способствует изменению структуры осадка и улучшению его водоотдающих свойств. В качестве коагулянтов используют соли железа, алюминия и известь. Эти соли вводят в осадок в виде 10%-х растворов. Могут быть также использованы отходы, содержащие A12(S04)3 и др. Наиболее эффективным является применение хлорного железа совместно с известью. Доза хлорного железа составляет 5-8%, извести 15-30% (от массы сухого вещества осадка). Недостатком реагентной обработки является высокая стоимость, повышенная коррозия материалов, сложность транспортирования, хранения и дозирования реагентов /21/.
Интересный опыт применения реагентов представлен в докладе Волынкиной Е.П. (НП «Экологический региональный центр г. Новокузнецк) /22/.
В г. Новокузнецке завершен комплекс исследований методов обезвреживания ОСВ и их использования для рекультивации промышленных отвалов. Рекультивация отвалов путем покрытия их поверхности ОСВ позволит одновременно решить две острые экологические проблемы промышленных регионов - обезвредить нарушенные земли и отходы от очистки сточных вод.
В результате проведенных лабораторных экспериментов найдены эффективные обезвреживающие реагенты, в частности пыль цеха обжига известняка, содержащая активный оксид кальция и окалина блюминга, содержащая оксиды трехвалентного железа. В результате взаимодействия реагентов с токсичными соединениями обеспечивался их перевод в безопасную нерастворимую форму, что привело к снижению содержания в ОСВ водорастворимых соединений цинка на 75-85%, свинца - на 47-93%, меди - на 77%, фтора - до 75%.
В осадках, как ив сточной воде, можно найти все основные формы бактерий : палочковидные, шарообразные, извитые. К микроорганизмам относятся также дрожжи и плесени. Бактериальная заселенность осадков на порядок выше, чем сточных вод, они содержат много гельминтов /18/.
Механический состав осадков отличается большой неоднородностью. Размеры отдельных частиц колеблются от 10мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности.
2.2 Методы обработки осадков
Химический состав производственных сточных вод существенным образом влияет на выбор метода их обработки.
В необработанном состоянии осадок, образующийся в результате очистки сточных вод занимает много места и негативно воздействует на окружающую среду. В общем случае обработка осадков производственных сточных вод состоит из технологических процессов представленных на рисунке 2.1.
О
САДОКРисунок 2.1 – Типовые процессы, применяемые для обработки осадков производственных сточных вод
Стадия уплотнения осадков является, как правило, неотъемлемой частью любой технологической схемы их обработки.
Стабилизация производится с целью предотвращения загнивания осадков для облегчения их захоронения или утилизации. Сущность стабилизации осадков заключается в изменении их физико-химических характеристик, при которых происходит подавление жизнедеятельности гнилостных бактерий.
Кондиционирование – прием, которым обеспечивается наилучшее обезвоживание осадков и которым в большинстве случаев заканчивается их обработка. С помощью кондиционирования увеличивают водоотдающие свойства осадков путем изменения их структуры и форм связи воды.
Обезвоживание осадков осуществляется в условиях естественных и искусственных. Заключительным этапом обезвоживания осадков является их термическая сушка.
Утилизация осадков сточных вод промышленных предприятий предназначена для извлечения и использования ценных веществ.
Ликвидацию малозольных осадков применяют в тех случаях, когда утилизация их невозможна или экономически нецелесообразна, а также с целью их обезвреживания и уменьшения объема, если в них содержатся токсичные примеси.
2.2.1 Уплотнение осадков
Для уплотнения используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы.
Гравитационный метод уплотнения является наиболее распространенным и применяется для уплотнения избыточного активного ила и сброженных осадков. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или радиальные отстойники. Наибольшее распространение получили илоуплотнители радиального типа, так как в них активный ил получается более высокой концентрации при меньшей длительности уплотнения.
Гравитационное уплотнение не эффективно: наблюдается высокая концентрация взвешенных веществ в отделяемой воде и большая влажность уплотненных осадков, что удорожает последующую их обработку. Для интенсификации процесса используют: коагулирование осадков, например, обрабатывают осадок хлорным железом; перемешивание с помощью стержневых мешалок; совместное уплотнение различных видов осадков, например, совместное уплотнение сырого осадка из первичного отстойника и активного ила; термогравитационный метод, который основан на нагревании иловой жидкости. При этом гидратная оболочка вокруг частиц активного ила разрушается, часть связанной воды переходит в свободную, и процесс уплотнения улучшается. Оптимальная температура нагрева 80-90°С.
Флотационный метод уплотнения осадков основан на прилипании частиц активного ила к пузырькам воздуха и всплывании вместе с ними на поверхность. Для образования пузырьков воздуха может быть использован метод напорной флотации, вакуум-флотации, электрофлотации и биологической флотации (за счет развития и жизнедеятельности микроорганизмов при подогреве осадка до 35-55°С). Достоинства метода состоят в сокращении продолжительности процесса ,более высокой степени уплотнения и, главное, в возможности регулировать путем оперативного изменения параметров.
Наибольшее распространение на практике получила напорная флотация. При напорной флотации применяют непосредственное насыщение уплотняемой суспензии воздухом или же используют рабочую жидкость, давление воздуха 0,4 МПа. Когда во флотационном резервуаре снимается давление, выделяющиеся пузырьки воздуха флотируют твердые частицы остатка и увлекают их на поверхность. Образовавшаяся пена непрерывно или периодически удаляется. При флотационном способе скорость уплотнения осадков в 10-15 раз больше, чем при гравитационном.
Сгущение активного ила проводят в гидроциклонах, центрифугах и сепараторах. Процессы протекают в поле центробежных сил при высоких скоростях разделения /16/.
2.2.2 Стабилизация осадков биологическими методами
Этот процесс проводят для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества на диоксид углерода, метан и воду. Стабилизацию ведут при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных условиях проводится сбраживание в септиках, двухъярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. Септики и отстойники используют на установках небольшой производительности. Наиболее широкое распространение получили метантенки.
Аэробная стабилизация заключается в продолжительной обработке ила в аэроционных сооружениях с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. В результате такой обработки происходит распад (окисление) основной части биоразлагаемых органических веществ (до С02, Н2О и NH3). Оставшиеся органические вещества становятся неспособными к загниванию, т. е. стабилизируются. Расход кислорода на процесс стабилизации приблизительно равен 0,7 кг/кг органического вещества.
Аэробную стабилизацию можно проводить и для смеси осадков из первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффективность процесса аэробной стабилизации зависит от его продолжительности, интенсивности аэрации, температуры, состава и свойств окисляемого осадка. Аэробная стабилизация отличается простотой, устойчивостью, взрывобезопасностью, низкой строительной стоимостью, обеспечивает образование биологически стабильного и лишенного запаха конечного продукта, частичное сохранение в осадках полезных для удобрения почвы свойств. Недостаток: высокие энергетические затраты на аэрацию, малоэффективная работа в холодное время года.
Компостирование – это экзотермический процесс биологического окисления. Метод компостирования заключается в смешении осадка с заранее приготовленным компостом, имеющим низкую влажность с последующей аэрацией в течении 21 суток. Метод прост в эксплуатации, не требует больших капитальных затрат, достигается не только стабилизация, но и обеззараживание, так как в результате биологических процессов разложения органических веществ температура внутри компостных куч поднимается до 50-70 и удерживается на этом уровне 15-20 суток /14/.
Проблема обработки и утилизации осадков сточных вод в течение последних десятилетий остается весьма актуальной не только в РФ, но и во всем мире. Практическая задача в этом случае заключается в том, чтобы не только уменьшить объемы образующихся осадков, но и найти относительно недорогие пути их использования. Основной трудностью, препятствующей использованию осадков сточных вод, является, как правило, повышенное содержание в них тяжелых металлов, нефтепродуктов и других токсикантов.
Одним из путей обезвреживания осадков сточных вод, в частности от нефтепродуктов является смешение их с биомассой нефтеокисляющих микроорганизмов. Такая технология обезвреживания осадков сточных вод апробирована многими разработчиками, но по-прежнему остается ряд нерешенных вопросов, а именно, большая стоимость биомассы нефтеокисляющих микроорганизмов и слабая адаптированность последних к сопутствующим токсикантам, в том числе к тяжелым металлам.
Сотрудники Государственного НИИ биосинтеза белковых веществ Ксенофонтов Б. С., Дулина Л. А. предложили использовать в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов адаптированный к повышенным концентрациям нефтепродуктов активный ил /19/.
Добавление к осадку сточных вод нативного активного ила в количестве примерно от 0,3 до 1,5% АСВ по отношению к сухой массе осадка и при дальнейшем неинтенсивном перемешивании позволяет примерно в течение 1-2 недель уменьшить содержание нефтепродуктов в осадке до 8-17% от их исходного содержания.
Указанные выше способы имеют существенные недостатки, связанные с тем, что часть микроорганизмов в распыляемом биопрепарате могут быть уже мертвыми, а живые микроорганизмы, попадая в почву, осуществляют свою жизнедеятельность в неоптимальных условиях, что связано как с несбалансированностью питательных веществ, так с неоптимальным содержанием влаги в почве.
Для устранения указанных недостатков авторами разработан способ получения биопрепаратов в местах их использования. В этом случае препарат не высушивается, а используется в виде суспензии. При этом содержание мертвых клеток в препарате резко
уменьшается из-за отсутствия стадии сушки, столь необходимой в известных способах. Кроме того, предлагаемый способ включает создание более благоприятных условий для культивирования микроорганизмов по сравнению с естественными условиями.
С этой целью в загрязненную почву в летнее время года вносятся наряду с микроорганизмами и необходимые для их жизнедеятельности вещества, которые отсутствуют или находятся в незначительной концентрации на данном участке почвы. При этом почву периодически поливают и рыхлят для поддержания в ней необходимого содержания влаги и воздуха /20/.
2.2.3 Кондиционирование осадков
К методам кондиционирования осадков относят: реагентную обработку, тепловую обработку, жидкофазное окисление, замораживание и оттаивание.
При реагентной обработке осадка происходит коагуляция — процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц. Образование при этом крупных хлопьев с разрывом сольвентных оболочек и изменением форм связи воды способствует изменению структуры осадка и улучшению его водоотдающих свойств. В качестве коагулянтов используют соли железа, алюминия и известь. Эти соли вводят в осадок в виде 10%-х растворов. Могут быть также использованы отходы, содержащие A12(S04)3 и др. Наиболее эффективным является применение хлорного железа совместно с известью. Доза хлорного железа составляет 5-8%, извести 15-30% (от массы сухого вещества осадка). Недостатком реагентной обработки является высокая стоимость, повышенная коррозия материалов, сложность транспортирования, хранения и дозирования реагентов /21/.
Интересный опыт применения реагентов представлен в докладе Волынкиной Е.П. (НП «Экологический региональный центр г. Новокузнецк) /22/.
В г. Новокузнецке завершен комплекс исследований методов обезвреживания ОСВ и их использования для рекультивации промышленных отвалов. Рекультивация отвалов путем покрытия их поверхности ОСВ позволит одновременно решить две острые экологические проблемы промышленных регионов - обезвредить нарушенные земли и отходы от очистки сточных вод.
В результате проведенных лабораторных экспериментов найдены эффективные обезвреживающие реагенты, в частности пыль цеха обжига известняка, содержащая активный оксид кальция и окалина блюминга, содержащая оксиды трехвалентного железа. В результате взаимодействия реагентов с токсичными соединениями обеспечивался их перевод в безопасную нерастворимую форму, что привело к снижению содержания в ОСВ водорастворимых соединений цинка на 75-85%, свинца - на 47-93%, меди - на 77%, фтора - до 75%.