Кондиционирование осадков сточных вод

Вопросы обработки и утилизации осадков городских сточных вод чрезвычайно актуальны во всем мире. Большие объемы осадков, их бактериальная зараженность, наличие органических веществ, способных быстро загнивать с выделением неприятных запахов, а также неоднородность состава и свойств осадков усложняют их обработку.

Основными видами осадков на городских очистных сооружениях являются сырой осадок, задерживаемый первичными отстойниками, и избыточный активный ил из вторичных отстойников. Сырой осадок представляет собой вязкую студенистую суспензию с кисловатым запахом, с влажностью до 95%, содержащую до 80% органических веществ. Механический состав сырых осадков отличается большой неоднородностью. Активный ил – хлопьевидная масса бурого цвета, с влажностью до 99,7%. По механическому составу это тонкая суспензия, состоящая на 98% из частиц размером меньше 1 мм. Большая часть влаги осадков находится в связанном состоянии, поэтому они обладают плохой водоотдачей. Наиболее распространенным способом кондиционирования осадка – подготовки осадков к обезвоживанию – является реагентная обработка, при которой происходит укрупнение и объединение в хлопья тонкодисперсных и коллоидных частиц, что обеспечивает их лучшую фильтруемость на вакуум-фильтрах и фильтрах-прессах. В качестве реагентов применяют хлорное железо, сернокислое железо, хлористый алюминий, смеси солей алюминия и железа, др. реагенты [1]. В зависимости от свойств осадков и типа реагентов доза последних составляет 0,5–20% от массы сухого вещества осадка. При сравнении действия различных коагулянтов отмечается, что наиболее эффективным является хлорное железо, обладающее способностью разрушать белковые соединения [2].

Цель работы – изучение возможности использования сорбента-коагулянта, приготовленного на основе монтмориллонитовой глины, для кондиционирования осадков сточных вод городских очистных сооружений.

Объектом исследований являлась смесь сырых осадков и избыточного активного ила с влажностью 98% после очистки хозяйственно-бытовых сточных вод по традиционной схеме. При обработке в качестве реагентов использовали хлорное железо (0,1 М раствор), флокулянт «Praestol» (0,1% раствор), а также сорбент – коагулянт, приготовленный на основе монтмориллонитовой глины по оригинальной методике [3]. Эксперименты проводили в стеклянных реакторах. К 100 мл осадка добавляли расчетное количество реагентов, перемешивали в течение одной минуты, отстаивали 30 мин. В качестве обобщенного показателя фильтруемости осадка использовали показатель его удельного сопротивления, определяемый как сопротивление, оказываемое движению фильтрата через слой кека, отложившийся на 1 м2 поверхности фильтра и содержащий 1 кг сухого вещества [4]. Экспериментально установлено, что применение хлорного железа позволяет снизить удельное сопротивление осадка на 30% (рис. 1). Сорбент-коагулянт снижает данный показатель на 40%. Оптимальная доза сорбента коагулянта составила 5% на сухое вещество осадка.

Сорбент-коагулянт имеет массовый состав: монтмориллонит – 6.3%, хлорид железа в пересчете на железо – 1.3%. При его получении монтмориллонитовая глина, помещенная в раствор хлорного железа, подвергается ультразвуковой обработке. Акустическое воздействие ведет к возникновению кавитационных явлений, вследствие чего разрушается вторичная структура монтмориллонита до кристаллитов, что ведет к резкому росту дисперсности, увеличению удельной поверхности, открытию активных центров. В результате обмена природных одно- и двухзарядных катионов, компенсирующих избыточный отрицательный заряд алюмосиликатного слоя на трехзарядные катионы железа, происходит формирование дополнительных координационно ненасыщенных центров. В связи с этим добавление сорбента-коагулянта к осадку приводит не только к более глубокому перераспределению форм связи влаги с увеличением содержания свободной воды, что наблюдается при применении коагулянтов, но и улучшает структуру осадка за счет введения в него мелкодисперсных заряженных частиц. Можно предположить, что глина в данном случае также играет роль присадки, повышающей водоотдачу осадка.

Э.Ц. Дашинамжилова . Применение ультразвука при синтезе железоалюмосиликатного катализаротора

Рис. 1. Изменение удельного сопротивления осадка при реагентной обработке, при применении хлорида железа (1) и сорбента-коагулянта (2)

Рис. 2. Влияние флокулянта на фильтрующую способность осадка. Доза сорбента-коагулянта 2.5 % на сухое вещество осадка

В последнее время в практике подготовки осадков к механическому обезвоживанию получают все большее распространение флокулянты – водорастворимые высокомолекулярные вещества, образующие с находящимися в суспензии грубодисперсными и коллоидными частицами трехмерные структуры (агрегаты, хлопья, комплексы). Экспериментально установлено, что введение флокулянта «Praestol» при использовании сорбента-коагулянта приводит к укрупнению хлопьев и улучшению фильтрационных свойств (рис. 2). Оптимальная доза флокулянта составила 0,75% на сухое вещество осадка. Последовательное применение сорбента-коагулянта и флокулянта позволяет снизить удельное сопротивление осадка со 107,8∙1010–30∙1010 см/г, увеличив фильтруемость практически в три раза.

Таким образом, установлено, что при кондиционировании осадков сточных вод, представляющих собой смесь сырого осадка и избыточного активного ила, перспективной является реагентная обработка сорбентом-коагулянтом, приготовленным на основе монтмориллонитовых глин, и флокулянтом «Praestol».