Современные методы обезвоживания осадка сточных вод

Необходимость предотвращения загрязнения окружающей среды требует применения как современных методов очистки бытовых и промышленных сточных вод, так и перспективных подходов к обработке осадков данных вод. Осадки сточных вод (ОСВ) представляют собой сложные многокомпонентные системы, включающие органические и минеральные составляющие, с содержанием значительного числа патогенных микроорганизмов и ионов тяжелых металлов.

В связи с ростом общего объема влажных осадков и их образованием в очистных сооружениях до 1 % от объема сточных вод [1], актуальными являются исследования, направленные на выбор методов переработки осадков. Целью данной статьи является выявление недостатков традиционных методов обезвоживания ОСВ и представление современных способов обезвоживания осадков.

В общем виде ОСВ можно отнести к труднообезвоживаемым полидисперсным суспензиям, с содержанием твердой фазы до 0,5-10% и влаги, как в свободном, так и физически и/или химически связанном с твердой фазой состоянии. Соответственно, методы обработки ОСВ зависят от состава и объема очищаемых сточных вод.

Так, традиционными устройствами для очистки первичных осадков (грубых, тяжелых, плавающих, сырых) являются сита, решетки, отстойники, песколовки, жироловки, осветлители и пр. Вторичные осадки (активный ил, сброженные, стабилизированные, уплотненные, обезвоженные, сухие) отделяют с применением биофильтров, метантенков, септиков, аэробных стабилизаторов, уплотнителей и сепараторов, иловых площадок, центрифуг, фильтр-прессов, сушилок и др. оборудования [2].

Все ОСВ необходимо обезвоживать, так, чтобы их влажность не превышала 82%, для их последующей оптимальной транспортировки и утилизации. Непосредственно обезвоживание может производиться как в естественных условиях (иловые площадки), так и различными механическими методами (фильтр-пресс, центрифуга, вакуумный фильтр, фильтрующие мешки и геотубы) [3].

Несмотря на простоту и низкую стоимость естественного обезвоживания ОСВ, в современных условиях роста их объемов, предпочтительным является использование механических методов, в связи с невозможностью отведения значительных земельных площадей для организации иловых площадок в условиях работы очистных станций высокой пропускной способности. Использование механических методов обезвоживания обязательно при проектировании новых очистных комплексов с высокой нагрузкой.

Одним из первых механических методов применено вакуум-фильтрование с предварительным воздействием на ОСВ неорганическими реагентами. Метод дает возможность обработки ОСВ без распространения запахов и выделения песка, однако отличается низкой производительностью, большим расходом реагентов, необходимостью дополнительного оборудования - воздуходувок, вакуум-насосов, ресиверов и пр., сложностью и высокой стоимостью эксплуатации и формированием антисанитарных условий [4].

При обезвоживании ОСВ с повышенным содержанием минеральных примесей, отправляемых на дальнейшую сушку или сжигание и для получения осадка меньшей влажности, более перспективным является применение фильтр-прессов. Прессы могут иметь периодический характер работы - камерные (диафрагменные, бездиафрагменные, мембраннокамерные) и непрерывный характер - ленточные фильтр-прессы.

Основными элементами фильтр-прессов являются плиты с фильтрующей перегородкой, механизмы зажима и раскрытия плит, устройства для подвода шлака, выгрузки обезвоженного ОСВ и отвода фильтрата. Промышленно выпускаемые в России фильтр-прессы, например фильтр-прессы автоматизированные камерные модернизированные (ФПАКМ) конструктивно различаются и имеют площадь фильтрования в диапазоне от 2,5 м2 до 50 м2.

Бездиафрагменные прессы в 1,5 раза более производительны в сравнении с диафрагменными, при тех же показателях обезвоженного ОСВ, но сложнее в эксплуатации и требуют предварительного измельчения осадка. Мембранно-камерные устройства более применимы на станциях аэрации среднего и крупного масштаба, имеют общую продолжительность цикла фильтрации 90 мин и требуют предварительного полимерного кондиционирования осадка.

Более современными являются ленточные прессы для непрерывного процесса механического обезвоживания ОСВ под действием гравитации, вакуума и давления, которые могут иметь горизонтальное, вертикальное, угловое, петлеобразное и комбинированное исполнение. Общий принцип действия заключается в защемлении осадка ОСВ между поверхностями фильтрующих лент и последующем его отжиме с помощью гладких валов. Устройство имеет зоны гравитационной фильтрации, предварительного и окончательного отжимов и может использоваться в комплекте со сгустителями, работающими в непрерывном режиме и улучшающими отдачу воды из ОСВ до поступления в ленточный фильтр-пресс [1].

В качестве достоинств такой технологии можно отметить непрерывность процесса, эффективность удаления влаги, возможность визуального контроля, низкое энергопотребление, отсутствие запахов и лучшие санитарно-гигиенические условия по сравнению с вакуум-фильтрами.

Одним из наиболее современных методов механического обезвоживания ОСВ на станциях с производительностью около 0,1 млн. м2/сут является центрифугирование с применением центрифуг различных конструктивных решений. Например, декантеры Флоттвега в виде шнековой центрифуги за счет конструктивных особенностей обеспечивают одновременный эффект прессования в коническом отделении корпуса. Декантер имеет сверхнизкое дифференциальное число оборотов шнека, что обуславливает повышение эффективности отделения ОСВ с ростом времени нахождения его в барабане устройства.

Технологический процесс обезвоживания предполагает подачу ОСВ через впускную трубу во входную камеру шнека; придание щадящего ускорения шламу; перемещение ОСВ в конусно-циллиндрический барабан через отверстия распределителя; придание шламу заданной окружной скорости. В результате твердая фаза ОСВ осаждается на внутренней стенке барабана под действием центробежной силы.

Дополнительно, повышение водоотдачи и эффекта очистки достигается введением в декантер флокулянта, смешивающегося с ОСВ. В зависимости от особенностей ОСВ, декантер может быть двухфазным, разделяющим воду и твердую фазу, либо трехфазным, например, для разделения воды, нефти и механических примесей. Эффективность разделения обеспечивается скоростью вращения центрифуг до 5000 об/мин, а также автоматической выгрузкой ОСВ из ротора и непрерывностью технологического процесса, с полным исключением ручного труда [5].

Подобные центрифуги компании Pieralisi обладают запатентованной системой «Ротор-вариатор», позволяющей обеспечить стабильно высокую степень обезвоживания ОСВ при варьирующихся характеристиках расхода и содержания твердых частиц во входном потоке шлама. Также для работы устройства отсутствует потребность в дополнительной электроэнергии, т.к. все система действует от энергии основного мотора [6].

Таким образом, современные механические методы обезвоживания ОСВ, с применением фильтр-прессов и декантеров являются более экономически эффективными, экологичными и менее энергозатратными методами по сравнению с естественной сушкой ОСВ в условиях иловых площадок и применением вакуум-фильтров.