Проблемы утилизации осадков очистных сооружений

Утилизация и переработка ила (осадка очистных сооружений)

Ни для кого не секрет, что на сегодняшний день почти треть населения Земли испытывает нехватку такого жизненно важного ресурса, как вода. Бережливое рациональное водопользование, включающее в себя и эффективные технологии водоочистки, – настоятельная необходимость.

Однако, выполненные согласно современным технологиям очистные сооружения, возвращая в природу чистую воду, генерируют отходы, самыми неприятными из которых являются активные илы, отработанные или избыточные, вместе образующие т.н. ОСВ – осадки сточных вод.

На каждый килограмм суммарных органических загрязнителей в аэротенке, где происходит отстаивание стоков, образуется 350 грамм активного ила. Поддержание баланса активного ила – один из важнейших факторов работы очистных сооружений, потому что как недостаток, так и избыток его негативно влияют на процесс водоочистки. Таким образом, образующийся избыточный ил все время приходится отводить из аэротенков, депонируя в картах хранения.

Ил очистных сооружений – сложноорганизованный конгломерат живых организмов на неживой основе, связанных метаболическими и трофическими процессами. Он генерируется в значительных количествах, измеряемых миллионами тонн в год, и относится к отходам IV класса опасности.

Не обладая ярко выраженной патогенностью, в отличие от ила первичных отстойников, он, тем не менее, может содержать болезнетворные микроорганизмы и яйца гельминтов. Сухой остаток активного ила на 70—90% состоит из органических веществ и на 10—30% из неорганических веществ. органического углерода – более 60%. Все это делает активный ил достаточно ценным вторичным ресурсом.

Утилизация иловых осадков возможна различными способами, от выбора которого зависит рентабельность производства.

Утилизация ила очистных сооружений: преимущества и недостатки существующих методов

Существует несколько способов утилизации избыточного активного ила (ИАИ):

• депонирование на иловых картах
• биологическая переработка илов очистных сооружений анаэробными микроорганизмами в метантенках
• термические методы (технологическое сжигание или пиролиз илов)

Общепризнано, что депонирование активного ила уже не является опцией, заслуживающей внимания, так как иловые карты очистных, особенно крупных городов, переполнены. Попытки перемешивать ил с опилками с последующим получением (через нескольких лет хранения) на картах некоего «продукта» (документально весьма выгодно, когда отход превращается в продукт с непонятными свойствами) тоже не отвечает современным экологическим тенденциям. Сельское хозяйство такой компост использовать не может, в отличие от удобрений, изготовленных из активного ила после обезвоживания, очистки и осушки.

Наиболее перспективными в отношении переработки ИАИ представляются термические методы. В силу высокого содержания летучих твердых веществ (VS) и коллоидных веществ, образующихся в ходе ферментации, избыточный активный ил с трудом поддается механическим типам обезвоживания. Для облегчения этого процесса его смешивают с первичным илом, но это привносит патогенные характеристики в смесь.

Кроме того, если в Европе существует успешная практика использования компостов на основе иловых осадков очистных сооружений в сельском хозяйстве, то в России, согласно законодательству, в аграрном секторе такие компосты использовать нельзя – в силу недостаточной очистки на локальных очистных сооружениях и накопления в иловых осадках тяжелых металлов и других неорганических загрязнителей. Ресурс депонирования иловых осадков на картах полигонов в значительной степени в России исчерпан.

Интересно, что химический состав активных илов, участвующих в процессе очистки стоков с разным составом, достаточно сходен между собой. Так, у очистных сооружений завода по производству азотных удобрений ил соответствует формуле C90H167O52N24S8, у очистных коксохимзаводов -C97H199O53N28S2, а в отстойниках муниципальных очистных сооружений — C54H212O82N8S7. Это облегчает поиск универсальных решений, какими традиционно являются термические технологии.

Инсинерация илов очистных сооружений применяется достаточно давно. В Санкт-Петербурге действуют три завода по сжиганию иловых осадков очистных сооружений, первый из которых, на острове Белый был запущен еще в 1997 г. Илы, содержащие большой процент органического углерода в сухом остатке, легко поддаются инсинерации со значительным уменьшением первоначального объема. Однако, в силу способности удерживать влагу, после механического обезвоживания ил сохраняет 2/3 воды и тем затрудняет инсинерацию.

Традиционно иловые осадки сжигают в печах с псевдокипящим слоем, которые хотя и являются эффективным экологическим оборудованием, достаточно капризны к условиям ведения процесса и требуют дорогостоящих запасных частей и расходных материалов (песка).

Кроме того, в силу высокого содержания в илах солей тяжелых металлов, образования при горении смол, а также в силу общего недостатка технологии – образования диоксинов – инсинерация ила не может рассматриваться как оптимальное решение, так как требует мощного и дорогостоящего узла газоочистки.

Поиски альтернативных решений в области термических технологий ведут в сторону термической деструкции или сушки осадков.

Технологии пиролиза также давно известны и применяются в разных сферах промышленности. Суть их заключается в нагреве исходного сырья в бескислородной атмосфере, препятствующей горению. Подводный камень технологии, успешно обойденный немногими производителями – в объемах перерабатываемого сырья.

Если изготовить пиролизное оборудование утилизации иловых осадков периодического типа (тигельную вертикальную печь) с парой рабочих циклов в сутки относительно легко, установка непрерывного пиролиза, удовлетворяющая потребностям промышленного производства, является достаточно технологически емким оборудованием.

Компания IPEC предлагает наиболее эффективный и экологически безопасный способ утилизации ИАИ — сушка иловых осадков в установке пиролиза непрерывного действия УТД-2 с дополнительным ректором. Данный процесс не сопровождается образованием пиролизного топлива. Его продуктом является карбонизированный гидрофобный сухой остаток V класса опасности (не опасный), что подтверждается результатами ряда испытаний, проведенных на производственной площадки компании.

Установка УТД-2 имеет блочно-модульную конструкцию и состоит из двух реакторных аппаратов, в одном из которых осуществляется подготовительная сушка илов, а в другом – карбонизация. Возможно проведение процесса в одном реакторном модуле, разделенном на зону осушки и зону карбонизации.

Основные этапы технологического процесса переработки активного ила

1. Перемещение исходного сырья (активного избыточного ила) по реактору осуществляется системой герметизированных шнеков.
2. Отходы поступают из шламонакопителя по системе шнеков в реактор, где высушиваются теплом горелок топки, пламя которых не соприкасается с перерабатываемыми материалами.

3. При продвижении отходов по камере реактора происходит их осушка и расщепление длинных молекул углеводородных соединений на более короткие.
4. Пиролизный газ и пары отводятся из камеры реактора через конденсатор и сепаратор, где происходит отделение и конденсация жидкой фракции.

5. Сухой остаток продвигается далее по камере реактора и после выхода из реактора также герметичным шнеком направляется в золоприемник.

Преимущества осушки ила на пиролизной установке УТД-2

• Значительное уменьшение объемов исходного отхода и полное необратимое обезвоживание (продукт имеет гидрофобные свойства). Это важно, так как необработанные термически обезвоженные иловые осадки при депонировании на картах полигонов имеют свойство впитывать атмосферную воду и стойко ее удерживать, увеличивая свой объем.
• Полностью обеззараживает ил сушка, удаляя патогенные микроорганизмы.
• Осушка в пиролизной установке без прямого контакта отхода с пламенем не генерирует опасных выбросов, свойственных инсинерации, таких как диоксины.
• Благодаря гибко настраиваемому автоматическому режиму работы установки можно регулировать необходимую степень осушки в зависимости от требуемых свойств получаемого продукта.

Установки термической деструкции (УТД) производства IPEC имеют высокую степень заводской готовности.

Монтаж на объекте включает в себя только подготовку площадки и подведение инженерных сетей.

Санитарно-защитная зона Установки мала, так как ее выбросы – продукты горения природного газа или дизельного топлива, используемых для разогрева отходов. Они не зависят от состава сырья, подаваемого на переработку.

Установка утилизации ила УТД-2 отличается низким энергопотреблением, суммарно 35 кВт. Для ее обслуживания в автоматическом режиме достаточно смены из двух операторов с невысокой степенью квалификации.

Ознакомиться с модельным рядом и заказать оборудование можно в Каталоге пиролизных установок УТД. Специалисты компании IPEC ответят на все вопросы, касающиеся утилизации иловых осадков очистных сооружений, и помогут подобрать оптимальное технологическое решение, адаптированное под нужды объекта.

Авторы: К.В. Ладыгин, С.И. Стомпель.Статья «Проблема очистных сооружений – избыточные иловые осадки» опубликована в журнале экологических решений «ЭКОИНЖ» выпуск № 19, 2019 г.

При использовании материала/любой его части ссылка на авторство и сайт (www.i-pec.ru) обязательна

Источник: https://i-pec.ru/utilizaciya-i-pererabotka-ila-osadka-ochistnyx-sooruzhenij

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.

Пиролиз

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.

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.

Микробиологическое окисление

Метод применим только для малотоксичных осадков. Процесс проходит с помощью колоний окислительных бактерий, которые вступают в реакцию с активным илом. После прохождения этой процедуры мы получаем компост, содержащий в себе полезную микрофлору и повышающие плодородие почв вещества.

Использование в производстве почвы

Для качественного производства биологической почвы нужно правильно подготовить сам материал, а именно избыточно активный ил. Сначала идет процесс его обезвоживания с помощью специальных центрифуг и вакуумных фильтров, а после проходит стадия сушки. 

Такой способ хорош тем, что с его помощью можно утилизировать осадок и изготовлять качественную почву для высаживания растений, что для загрязненного города, несомненно, важный  фактор. К недостаткам можно отнести строгий контроль сырья для изготовления, так как это может отрицательно сказаться на готовом продукте. Если же проверка выявит несоответствие в виде наличия тяжелых металлов или яиц паразитов, то нужно будет искать другое сырье, а данное утилизировать каким-то другим методом.

Производство биопочвы в городах может решить несколько важных проблем:

• Утилизация осадка очистных сооружений;
• Формирование достаточного количества кондиционных почвогрунтов в городе.

Кондиционный грунт — это получаемая в искусственных условиях почва с высоким содержанием минеральных удобрений. Он содержит все необходимые для растений питательные вещества, а также микроэлементы. Более распространенное название — плодородный грунт.

Заключение

С каждым годом нагрузка на очистные сооружения города возрастает и поэтому для большей продуктивности утилизации вредных веществ учеными и инженерами придумываются новые способы по преобразованию и применению получившихся вторичных продуктов из осадков в нашей с Вами повседневной жизни. На данный же момент  еще не придумано полностью универсального метода.

Для точного определения метода утилизации нужно тщательно проводить исследования химического состава. Например, осадки сточных вод промышленного города будут сильно отличаться своими свойствами от осадков небольшого населенного пункта. Только так можно добиться лучшей «отдачи» .

Источник: https://punkti-priema.ru/articles/problematika-utilizacii-osadkov-ochistnih-soorujenii

Осадок очистных сооружений и его утилизация

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!

За всю историю санитарно-очистной отрасли общество испробовало множество способов воздействия на отходы с целью обезопаситься от их негативного влияния. От простейших до высокотехнологичных и многоступенчатых.

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.

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.

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.

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.

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).

Расчет осадка при биологической очистке составляет около 1 % от общего объема сточных вод.

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.

Заключение

Вышеописанные методы появились, что называется, не от хорошей жизни, а из-за периодически обнаруживаемых «свежих» ядов и токсичных образований. Зачастую они труднораспознаваемы, плохо поддаются анализу и устранению. Попадая в водную среду после традиционных очистных операций, не являющихся для них препятствием, они становятся опасным замаскированным источником загрязнения.

Но больше всего в коммунальных стоках содержится патогенной микрофлоры и продуктов гниения. Бороться с ними непросто, а обезвредить со стопроцентным эффектом допотопными способами и вовсе нереально. Поэтому вслед за усовершенствованием собственной жизнедеятельности мы обязаны адекватно развивать утилизационную индустрию, поглощающую отходы канализации.

Иначе канализация поглотит нас.

Посмотрите на видео как происходит биологическая очистка сточных вод:

Загрузка…

Источник: https://greenologia.ru/othody/bytovye/utilizacii-osadka-ochistnyx.html