Способ улучшения обезвоживающей способности активного ила (варианты)

 

Изобретение относится к способу обработки сточных илов, которые содержат значительное количество водно-удерживающей клеточной структуры, образовавшейся в результате микробиологического воздействия, при их термической обработке при температуре свыше приблизительно 127^oC. Предпочтительным решением является использование температуры обработки меньше, чем приблизительно 199^oC и соответственно давления обработки меньше, чем приблизительно 14,1 кг/см². Термическую обработку выгодно проводить при прямом контакте концентрированного сточного ила с паром, находящимся под давлением. Действие термической обработки может быть усилено регулированием pH до экстремального значения, особенно кислотных условий, соответствующих значениям pH приблизительно 3 и менее. Полезно нейтрализовать концентрированный сточный ил перед его обезвоживанием и выгодно нейтрализовать ил перед завершением термической обработки. Существенным отличием способа является тепловая обработка ила с содержанием твердых веществ по крайней мере 15 мас.%. Предпочтительно использовать температуру 126-200^oC и давление выше атмосферного для поддержания ила в жидком состоянии в течение не менее 15 мин, затем активный ил нейтрализуют до pH не менее 5 и вновь подвергают тепловой обработке, а обезвоживание ведут до достижения содержания твердых веществ более 30 мас.%. Второй вариант улучшения обезвоживающей способности активного ила включает не четыре стадии, а две: отсутствуют стадия нейтрализации и повторная тепловая обработка паром, который вводят путем впрыскивания последнего в массу концентрированного ила. Нейтрализацию ведут гидроксидом кальция, обезвоживание ведут путем фильтрования с использованием мембранного фильтра в течение не более 30 мин. Минимальное время обработки определяют по формуле y=b·m^-x, где y - время обработки, мин, x - pH ила, b = 9,986 и m = 1,894. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к способам обработки сточных илов с довольно высоким содержанием твердых веществ при существенном количестве удерживающих воду клеточных структур, возникающих под действием микробов, для последующего механического обезвоживания.

Обработка водных стоков со значительным содержанием органического материала представляет значительный технологический интерес. Такими стоками могут быть обычные сточные воды или стоки, образующиеся в различных промышленных операциях, например при обработке продуктов питания или при производстве бумаги.

Старым, но еще используемым подходом к решению такой проблемы является понижение содержания растворенных и коллоидно суспендированных органических веществ сточных потоков под действием микробов. Такой подход обычно заключается в переваривании органического материала путем аэробной ферментации, анаэробной ферментации или сочетания таких операций. Такая микробиологическая активность приводит к образованию желатинообразного материала, который обычно называют активированным илом. Такой ил имеет высокое содержание прочно связанной воды.

Значительный технологический интерес представляет также возможность утилизации таких илов. Двумя главными задачами являются прекращение биологической активности и уменьшение содержания воды. Обе такие задачи могут быть решены путем обработки ила известью (гидроксидом кальция) или в результате тепловой обработки ила при добавлении или в отсутствии кислородсодержащего газа или окисляющего агента. Ни один из указанных подходов не оказался полностью удовлетворительным.

Обработка известью является [1] дорогостоящей операцией и, в действительности, значительно повышает количество ила, с которым приходится иметь дело. Для усиления способности к обезвоживанию требуются достаточно высокие количества извести, обычно 150-500 фунтов (68-227 кг) на тонну сухих твердых веществ ила. Дороговизна такой обработки включает не только стоимость самой извести, но также значительные эксплуатационные расходы при обращении с таким большим количеством добавки. Кроме этого, эффективное обезвоживание требует добавления неорганической соли металла, обычно хлората железа, в количестве 40-125 (18,1-56,6 кг) фунтов на тонну сухих твердых веществ ила. Большая часть извести и все количество хлората железа обычно переходят в дополнительные твердые вещества в осадке на фильтре, увеличивая тем самым количество твердого материала, подлежащего утилизации.

Кроме того, некоторые илы в целях стабилизации требуют использования еще более высоких количеств извести. В исследовании ЕРА сообщается о необходимости использования до 1000 фунтов (454 кг) на тонну сухих твердых веществ ила с тем, чтобы действительно прекратить биологическую активность.

С другой стороны, тепловая обработка, по-видимому, включает постоянное нагревание достаточно разбавленных потоков сырья с содержанием твердых веществ обычно 3-10 вес. Такая тепловая обработка почти всегда включает использование теплообменников определенного типа с целью регенерации части тепловой энергии, затраченной на повышение температуры потока сырья с очень высоким содержанием воды. При пропускании таких разбавленных илов через такие теплообменники обычно возникают проблемы, связанные с образованием накипи, в результате чего возникает необходимость в частой промывке теплообменника кислотой.

Кроме этого, для обезвоживания термообработанных илов обычно требуются две раздельные операции. Обычно термообработанный материал подается в декантатор, осветлитель или в отстойник и затем верхнюю часть системы, полученной в результате указанной операции, подают на роторный вакуумный фильтр или на фильтр, находящийся в камере для работы под давлением [2] Известен способ биологической обработки активного ила, включающий тепловую обработку с предварительным подкислением активного ила до pH 2-4 в кислородсодержащей среде и последующее его обезвоживание [3] Однако данный способ направлен на обработку активного ила с содержанием твердых веществ менее 15 мас.

Изобретение относится к способу обработки сточного ила со значительным содержанием удерживающих воду клеточных структур, полученных в результате микробиологического действия для усиления его способности к обезвоживанию, в результате тепловой обработки ила с содержанием твердых веществ по крайней мере 15 мас. Кроме этого, настоящее изобретение относится к эффективному и удобному способу уничтожения патогенных и дающих запах микроорганизмов, присутствующих в иле, посредством нагревания концентрированного ила до температуры выше той, которую способны переносить такие микроорганизмы.

Предпочтительно использовать умеренные температуры в интервале 260-390 F (127-199^oC). Кроме этого, предпочтительно осуществлять термообработку без добавления какого-либо кислородсодержащего газа или окисляющего агента. Согласно особенно предпочтительному техническому решению ил подкисляют или подщелачивают до тепловой обработки и затем по крайней мере частично нейтрализуют перед окончанием тепловой обработки.

Дополнительное обезвоживание концентрированных сточных илов со значительным содержанием органического материала, связывающего воду, облегчается в результате термообработки. Как правило, такие сточные илы имеют содержание твердых веществ около 15 мас. или выше, предпочтительно 20-30 мас. Обычно органический материал, связывающий воду, представляет собой клеточную структуру, образовавшуюся в результате микробиологической деятельности в ходе процесса образования активного ила, т.е. процесса понижения биологической потребности в кислороде (ВОД) и химической потребности в кислороде (СОД) водного сточного потока в результате аэробного переваривания, анаэробного переваривания или сочетания таких процессов. Такой водный отработанный поток может иметь множество источников, которые без ограничения включают городскую канализацию и такие промышленные операции, как производство бумаги, переработка пищевых продуктов и синтезы органических химических веществ. К типичным органическим химическим синтезам относятся производство красителей и превращение нефтяного сырья в химические интермедиаты. Согласно предпочтительному способу концентрированный ил обезвоживают до такой точки, когда сколь-нибудь значительное дополнительное удаление воды становится невозможным с помощью углубленного камерного фильтра при давлении на фильтре 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²).

Концентрированный сточный ил может быть получен в результате использования полиэлектролитических флокулянтов. Обычно такие флокулянты представляют собой высокомолекулярные полиакриламиды с различными анионными или катионными "свободными" группами, полученные путем дериватизации или сополимеризации. Обычно такие вещества применяют в количестве 10-15 фунтов (4,5-6,8 кг) на тонну сухих твердых веществ ила. Для большинства обычных сточных илов не существует практического пути получения концентраций твердых веществ в неподвергнутых тепловой обработке илах выше 6% без использования таких флокулянтов. Однако предполагается, что присутствие таких флокулянтов в концентрированных сточных илах, обработанных по настоящему способу, не усиливает или не ингибирует достигнутую усиленную способность к обезвоживанию. Такие флокулянты просто обеспечивают удобный путь получения исходных веществ настоящего способа.

Тепловая обработка должна быть достаточной для того, чтобы по крайней мере частично разрушить клеточную структуру, связывающую воду. Предполагается, что такая тепловая обработка по крайней мере частично влияет на такой распад в результате денатурирования протеинов клеточной структуры. Предпочтительно использовать температуры выше 260 F (127^oC), предпочтительно 270-390 F (132-199^oC) и наиболее предпочтительно 280-366 F (138-186^oС). При слишком низких температурах для существенного улучшения способности к обезвоживанию требуются слишком длительные времена обработки. При достаточно низкой температуре за разумный период времени не наблюдается никакого улучшения указанного свойства. С другой стороны, чрезмерно высокие температуры могут привести к нежелательно высокой степени повторного растворения материалов, что приводит к повышению СОД и ВОД эффлюента из процесса обезвоживания. Кроме этого, улучшение способности к обезвоживанию в результате тепловой обработки выше некоторой точки обеспечивает лишь минимальное улучшение обезвоживаемости и является чрезмерно дорогостоящей операцией как в отношении энергетических затрат, так и в случае чрезмерно высоких температур затрат на капитальное оборудование и эксплуатацию в связи с необходимостью использования высоких давлений для создания жидкой водной фазы при таких температурах. В связи с этим в настоящем изобретении предпочтительно осуществлять операции при давлении 200 фунт/дм² (14,1 кг/см²) или менее, более предпочтительно при 150 фунт/дюйм² (10,6 кг/см²) или ниже.

Эффект тепловой обработки может быть существенно ускорен поддержанием pH концентрированного сточного ила на значении, соответствующем сильно кислотным или сильно щелочным условиям. Особенно предпочтительно поддерживать значение pH равным 3 или выше. Особенно предпочтительно работать в области кислотных значений pH и еще более предпочтительно при значениях pH, равных 3 или ниже. Использование значений pH в щелочной области обычно приводит к выделению значительных количеств аммиака и может потребовать использования полностью закрытой системы с целью избежания потерь аммиака и соответствующего снижения pH. Кроме этого, такое выделение аммиака имеет тенденцию к удалению азота из регенерированного осадка на фильтре и создает проблемы, связанные с утилизацией. При нейтрализации обработанного ила создается поток газообразного стока или в эффлюент добавляют аммиак.

Также предпочтительно существенно нейтрализовать подкислнный или подщелоченный концентрированный ил перед его механическим обезвоживанием. Особенно предпочтительно поддерживать pH около 3, более предпочтительно около 2 или менее от нейтрального значения. Такая стадия нейтрализации приводит к осаждению как органических материалов, так и солей металлов, которые растворимы при более высоких значениях pH. Поскольку эффлюент со стадии обезвоживания концентрированного сточного ила обычно рециркулируют в установку первоначальной обработки, наличие в эффлюенте органических материалов приводит к дополнительному образованию ила. Обычно каждая вес. часть ВОД создает 0,6 мас. части активированного ила. С другой стороны, содержание металлов в первичном сточном потоке, подлежащем обработке на установке начальной обработки, будет постоянно повышаться по мере смешивания с рециркулированным эффлюентом, если такой эффлюент имеет повышенное содержание металлов.

Также предпочтительно использовать основное кальциевое соединение с целью нейтрализации подкисленного концентрированного сточного ила. Кальций является предпочтительным катионом из-за его ограниченной растворимости в воде и из-за относительной дешевизны основных кальциевых соединений. Особенно выгодным нейтрализующим агентом является гидроксид кальция, который легко доступен в виде гашеной извести или может быть легко получен суспендированием негашенной извести в воде.

Выгодно продлевать тепловую обработку в течение некоторого периода времени после нейтрализации. Если тепловую обработку прерывают перед завершением нейтрализации, то усиленная способность к обезвоживанию концентрированного сточного ила может в значительной мере исчезнуть. Особенно предпочтительно осуществлять тепловую обработку нейтрализованного концентрированного ила в течение по меньшей мере десяти минут.

Тепловая обработка может осуществляться с использованием любых теплообменных устройств, которые способны легко и эффективно повышать температуру концентрированного сточного ила до значения в требуемом интервале при сохранении ила в состоянии воздействия давления. Предпочтительно избегать использования таких теплообменных средств, которые предусматривают контактирование концентрированного сточного ила с более нагретой твердой поверхностью. Такой материал обычно проявляет сильную тенденцию к отложению накипи на таких поверхностях, в результате чего в значительной мере ингибируется дальнейший теплообмен, иногда в такой степени, что коэффициент теплообмена становится равным нулю. Также предпочтительно, чтобы нагревательные средства включали элементы для перемешивания концентрированного сточного ила, поскольку такие илы обладают плохим коэффициентом теплопереноса (в исследовании сообщатся об обратной зависимости между таким коэффициентом и содержанием в иле твердых веществ, причем наиболее сильное повышение скорости падения такого коэффициента происходит при содержании твердых веществ порядка 6% или выше). Особенно предпочтительно осуществлять такой перенос тепла путем контактирования концентрированного сточного ила с горячей жидкостью и особенно предпочтительно использовать сжатый пар. Такой пар можно вводить в воздушный объем непосредственно вблизи ила или предпочтительно его можно вводить в массу ила. Высокая вязкость в совокупности с низким коэффициентом теплопередачи таких илов делает использование традиционных теплообменников весьма непрактичным, если вообще возможным.

Концентрированный сточный ил следует подвергать тепловой обработке при достаточном давлении с целью сохранения жидкой водной фазы. В противном случае весьма трудно, если вообще возможно, повысить температуру выше точки кипения воды. При переходе из жидкого в газообразное состояние вода поглощает большое количество тепла, вследствие чего попытка простого обезвоживания путем выпаривания воды является чрезвычайно неэкономичной.

Длительность тепловой обработки при температуре, необходимой для осуществления значительного усиления способности к обезвоживанию данного концентрированного сточного ила, главным образом зависит от температуры обработки и значения pH, при котором проводят такую обработку. Как правило, для большинства илов оптимальное усилие достигается за 4-5 часов и длительность может быть уменьшена до 40 минут или менее путем проведения тепловой обработки при высоких или низких значениях pH. Однако существенный успех может быть достигнут за 2 часа или за пятнадцать минут при одновременном регулировании pH.

По-видимому, существует линейная зависимость между значением pH концентрированного сточного ила и логарифмом времени, необходимого для достижения необратимого усиления способности к обезвоживанию при значениях pH ниже нейтральной точки. Усиленная способность к обезвоживанию считается необратимой, когда она существенно не изменяется при воздействии на обработанный материал силы сдвига или его старении перед фильтрацией. Предполагается, что может быть легко построено семейство кривых по одной кривой для каждой температуры обработки в соответствующем интервале значений в зависимости от логарифма времени обработки для установления необратимости в отношении значения pH материала, подвергаемого обработке. Такая кривая была построена для случая обработки паром при давлении 100 фунт/дюйм² (70 кг/см²) (170^oC). Эта кривая описывается уравнением y=b·m^x, где y время обработки до состояния необратимости в минутах, x pH концентрированного сточного ила, b 9,986, а m 1,894. Такое уравнение соответствует измеренным данным с коэффициентом корреляции 0,993.

Ускорение тепловой обработки при использовании экстремальных значений pH представляет основной интерес для непрерывного способа обработки концентрированного сточного ила. Многие установки по обработке стоков работают на таких объемах, что обработку сточного ила удобно осуществлять периодическим способом. В такой ситуации экономический баланс между стоимостью тепловой обработки и дополнительной стоимостью подкисления или подщелачивания с последующей нейтрализацией может определять желательность ускорения операции. Если пропускная способность, требуемая для установки обработки ила, повышается, то следует отдать предпочтение ускорению операции; та же самая пропускная способность может быть достигнута в меньшей и поэтому менее дорогостоящей системе тепловой обработки при более коротких временах пребывания материала в системе. При увеличении времени тепловой обработки количество загрузки в каждом цикле должно быть значительно увеличено с целью достижения той же самой пропускной способности.

Усиление способности к обезвоживанию можно удобно оценить по времени фильтрации и слою твердых веществ на фильтре. Уменьшение времени фильтрования и увеличение содержания твердых веществ отражают усиление способности к обезвоживанию. Предпочтительно использовать такие условия обработки, когда время фильтрации составляет величину менее двух часов, предпочтительно менее часа, и еще более предпочтительно менее 30 минут. На практике легко достичь длительности фильтрации менее 5 минут и даже двух минут. Такая быстрая фильтрация является хорошим индикатором достижения оптимальной способности к обезвоживанию даже в том случае, когда мощность выпускаемых промышленностью насосов ограничивает возможность достижения полного успеха операции.

В результате тепловой обработки легко получить концентрированные сточные илы, которые могут быть легко обезвожены до содержания твердых веществ выше 30 мас. Предпочтительно использовать такие условия обработки, при которых выход твердых веществ на фильтре превышает примерно 45 мас. более предпочтительно 55 мас. наиболее предпочтительно 60 мас.

Усиленная способность к обезвоживанию концентрированного сточного ила может быть дополнительно оценена по его поведению при старении и чувствительности к сдвигу. Ил, кондиционированный неоптимально, характеризуется значительным увеличением времени фильтрации и значительным уменьшением количества твердых веществ на фильтре после старения в течение длительного периода времени после тепловой обработки. Типичный период оценки - ночь или около 16 часов.

Кроме того, при воздействии на неоптимально кондиционированный концентрированный сточный ил силы сдвига материал в значительной степени теряет усиленную способность к обезвоживанию. Удобным методом оценки может служить интенсивное перемешивание кондиционированного ила при 140 F (60^oC) в течение тридцати минут.

Особенно предпочтительно в достаточной степени кондиционировать концентрированный сточный ил так, чтобы он не обладал существенной чувствительностью к старению или воздействию значительной силы сдвига. В целях настоящего изобретения усиленная способность к обезвоживанию концентрированного сточного ила характеризуется как необратимая.

Получаемые в эксперименте время фильтрации и содержание твердых веществ на фильтре могут быть удобно оценены с использованием камеры с углублением с мембранным фильтром для работы под давлением. В экспериментах, о которых сообщается в настоящей заявке (если не указано иначе), фильтрацию проводили под давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) и при давлении сжатия мембраны 175 фунт/дюйм² (12,4 кг/см²). Концентрированный сточный ил фильтровали при температуре 60^oC. В качестве фильтрующей ткани использовали полипропиленовую однонитевую сатиновую плетеную ткань (43х80,9 с/yd²) каландрированной отделки с воздушной пористостью 60-100 cfm и номером нити 75х32. Однако конкретная природа фильтрующей ткани не имеет решающего значения при условии, что она не слипается в ходе операции. Предполагается, что фильтрация главным образом осуществляется осадком на фильтре по мере его образования на ткани. Используемое на практике устройство представляло собой половину набора фильтров, известного как бомбовый фильтр, и такое устройство обычно применяется для лабораторной оценки.

Мембранный фильтр в камере с углублениями для работы под давлением хорошо известен специалистам в данной области. Фильтр представляет собой фильтровальную пластину в камере с углублениями, которая содержит надувную мембрану для сжатия осадка на фильтре после завершения начальной фильтрации под давлением.

Хотя способность к обезвоживанию кондиционированного ила оценивали на мембранном фильтре в камере с углублениями для работы под давлением, на практике обезвоживание можно проводить на целом ряде механических обезвоживающих устройств, включая центрифуги и роторные вакуумные фильтры. Разумеется, что полученные результаты в некоторой степени будут зависеть от типа обезвоживающего устройства. В настоящее время наиболее предпочтительными устройствами являются мембранные фильтры для работы под давлением в камере с углублениями.

Следующие ниже примеры более полно иллюстрируют конкретные технические решения настоящего изобретения.

Пример 1. Усиление способности к обезвоживанию концентрированного первичного и вторичного отстоя городской канализации в результате тепловой обработки.

Концентрированный сточный ил, который получали фильтрацией на фильтрующей пластине камеры с углублениями смеси первичного и вторичного ила, полученного на установке по обработке городского канализационного стока с применением аэробного переваривания, подвергали тепловой обработке в течение различных периодов времени с целью улучшения его способности к обезвоживанию. Концентрат получали путем добавления 10-15 фунтов (4,5-6,8 кг) в расчете на тонну твердых веществ полиэлектролитного флокулянта на основе полиакриламида к илу с последующей его фильтрацией до содержания твердых веществ порядка 29 вес. Концентрированный сточный ил имел pH 5,2 и содержание золы 22,7 вес.

Образцы такого концентрированного сточного ила весом 400 г подвергали тепловой обработке в автоклаве под давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) с использованием пара с давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) в течение различных периодов времени. Пар вводили непосредственно в массу ила в течение 4-6 минут и затем его подавали в воздушное пространство вокруг образца. Температурные профили показали, что такое прямое введение оказывается достаточным для нагрева образца до температуры около 320 F(160^oC). Время обработки измеряли как промежуток от завершения такого прямого введения до прекращения подачи пара. Определенная часть такой обработки, которая менялась от опыта к опыту, тратилась на уровновешивание температуры ила с температурой 338 F (170^oC), которую имеет пар под давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²). Тепловую обработку прекращали постепенным сбрасыванием давления, и такой период охлаждения не включали во время обработки.

Способность к обезвоживанию испытывали путем смешивания образца в количестве 50 г с 50 мл воды и подачи такой смеси в испытательное фильтрующее устройство, известное как бомбовый фильтр, которое состоит из половины мембранного фильтрующего набора для работы под давлением в камере с углублениями и имеет объем примерно 250 мл. Использовали фильтрационное давление 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) с последующим давлением сжатия, которое постепенно повышали до 175 фунт/дюйм² (12,4 кг/см²). В ходе фильтрации ил имел температуру около 140 F (60^oC).

Критериями оценки служили время фильтрации до прохождения через фильтр газа (фильтрацию проводили с использованием сжатого азота), процентное количество твердых веществ после выживания, влияние старения в течение ночи и влияние действия силы сдвига (которую применяли путем смешивания в течение 30 минут в домашнем ручном миксере). Отмечали также толщину осадка на фильтре после отжатия. Полученные результаты представлены в табл. 1.

Полученные осадки на фильтре вначале не имели и не проявляли неприятного запаха даже после длительных периодов хранения. Этот факт является указанием на дезактивацию или уничтожение под действием тепловой обработки микроорганизмов, присутствующих в концентрированном сточном иле.

Пример 2. Кислотное ускорение тепловой обработки первичного и вторичного ила городской канализации.

Образцы концентрированного ила весом 400 г, описанного в примере 1, подкисляли до значения pH, равного 2, путем перемешивания в соответствующем количестве концентрированной серной кислоты, подвергали тепловой обработке в течение различных периодов времени с использованием пара под давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) в соответствии со способом, описанным в примере 1, и затем оценивали согласно методике примера 1. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Как и в примере 1, полученные осадки на фильтре не имели неприятного запаха и не проявляли его, что является указанием на обрыв биологической активности.

Пример 3. Способность к обезвоживанию подвергнутого тепловой обработке подкисленного и нейтрализованного концентрированного отстоя городской канализации со стадии анаэробного переваривания.

Концентрированный сточный ил, который получали центрифугированием городского канализационного отстоя со стадии анаэробного переваривания, подкисляли, подвергали тепловой обработке в течение часа, нейтрализации, дополнительно подвергали тепловой обработке в течение пятнадцати минут и затем оценивали его способность к обезвоживанию согласно методике, описанной в примере 1. Исходный ил модифицировали давлением 10-15 фунтов (0,7-1,1 кг) в расчете на тонну сухих веществ ила полимерного флокулянта того же типа, что использовали в примере 1, и затем его центрифугировали до содержания вес. золы. Такой ил имел значение pH 8,45.

Образцы весом 600 г подкисляли до значения pH, равного 2, путем перемешивания в соответствующем количестве концентрированной серной кислоты. Затем проводили тепловую обработку в автоклаве под давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) в результате введения пара с давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) в воздушное пространство вокруг образца в течение 4 часов. Температурные профили показали, что для достижения каждым из образцов температуры выше 310 F (154^oC) требуется примерно 40 минут и что образец не достигает температуры 338 F (170^oC), соответствующей температуре пара под давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²).

Затем каждый образец нейтрализовали перемешиванием в соответствующем количестве извести. В одном случае pH устанавливали на значении 6,7, а в других случаях на значении 9.

Затем нейтрализованные образцы подвергали тепловой обработке в течение примерно пятнадцати минут путем инжектирования пара под давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) в свободное воздушное пространство автоклава при давлении в верхней части мешалки 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²). Температурные профили показали, что образцы достигают температуры 245-270 F (118-132^oC) через пятнадцать минут обработки.

Способность к обезвоживанию образцов концентрированного сточного ила оценивали после обработки, после перемешивания в течение 30 минут с помощью верхней мешалки и после старения в течение ночи. В каждом случае образцы весом 75 г загружали в устройство, описанное в примере 1 (температура фильтрации 140 F (60^oC), давление фильтрации 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) и давление сжатия 175 фунт/дюйм² (12,4 кг/см²). Во всех шести опытах (по два значения pH нейтрализации в каждом из условий последующей обработки) получали примерно одинаковые времена фильтрации в интервале 2-3 минуты и содержание твердых веществ на фильтре 64% Содержание золы в твердых веществах составляло 55-65 вес.

Как и в примерах 1 и 2, полученные осадки на фильтрах не обладали и не проявляли какого-либо неприятного запаха, что свидетельствует об отсутствии биологической активности.

Таблица 4. Усиление способности к обезвоживанию концентрированного городского канализационного отстоя со стадии анаэробного переваривания путем подкисления и тепловой обработки.

Концентрированный сточный ил, который получали согласно методике примера 3 и который имел содержание твердых веществ 20,7 вес. при содержании золы 38,3 вес. подкисляли, подвергали тепловой обработке в течение часа, нейтрализовали, подвергали тепловой обработке в течение 15 минут и оценивали по методике, описанной в примере 3. Подкисление осуществляли перемешиванием в соответствующем количестве концентрированной серной кислоты с установлением значения pH 2. Тепловую обработку осуществляли инжектированием пара с давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²) в воздушное пространство автоклава при давлении в клапане конденсационного горшка 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²). Нейтрализацию осуществляли перемешиванием в соответствующем количестве извести с помощью ручного домашнего миксера с установлением значения pH 7,7 (такой миксер использовали для испытания чувствительности обработанного материала к действию силы сдвига).

Обработанный материал фильтровали в течение двух минут и получали конечный отжатый осадок на фильтре толщиной 10,5 мм, содержащий 66 вес. твердых веществ с содержанием золы около 54 вес. Материал, подаваемый на фильтр, имел содержание суспендированных твердых веществ около 11 вес. Практически такие же результаты были получены при использовании материала, подвергнутого старению в течение ночи.

Как и в примерах 1,2 и 3, полученные осадки на фильтрах не обладали и не приобретали какого-либо неприятного запаха, что свидетельствует об отсутствии биологической активности.

Однако в том случае, когда тот же материал подвергали лишь тепловой обработке в течение 30 минут, подкисленный материал не удавалось отфильтровывать под давлением 100 фунт/дюйм² (7 кг/см²). Температурный профиль свидетельствовал о том, что максимальная температура 288 F (142^oC) достигается к концу указанной 30-минутной обработки. Через 7 минут фильтрации получали лишь 20 мл эффлюента и опыт прерывали.

Пример 5. Усиление способности к обезвоживанию концентрированного первичного и вторичного городского канализационного отстоя со стадии аэробного переваривания путем подкисления и тепловой обработки и определение результата остаточного химического распределения.

Концентрированный сточный ил, который получали тем же способом, что использовали в примере 1, и который имел содержание твердых веществ 20,9 вес. при содержании золы 18,5 вес. подкисляли, подвергали тепловой обработке в течение 0,75 часа или одного часа, нейтрализовали, подвергали тепловой обработке в течение 15 минут и оценивали по методике, описанной в примере 1. Подкисление осуществляли перемешиванием в соответствующем количестве концентрированной серной кислоты с установлением значения pH около 2. Тепловую обработку проводили инжектированием пара под давлением 90 фунт/дюйм² (6,3 кг/см²) (температура около 167^oC) в воздушное пространство автоклава при давлении в конденсационном горшке около 90 фунт/дюйм² (6,3 кг/см²). Нейтрализацию осуществляли перемешиванием в соответствующем количестве извести до получения pH 5,5. Полученные результаты представлены в табл. 3.

Данные таблицы 3 иллюстрируют достижение оптимальных свойств при увеличении времени обработки при указанных температурах. Значительное улучшение способности к обезвоживанию всегда наблюдается при уменьшении периода обработки, однако совершенно очевидно, что дополнительное улучшение достигается как в отношении процентного содержания твердых веществ, так и в отношении устойчивости к старению. Последнее обстоятельство особенно важно в свете невозможности мгновенного обезвоживания обработанного материала.

Получение осадка на фильтрах имели содержание золы в расчете на содержание сухого твердого материала около 33 вес. а вещество, поданное на фильтр, имело содержание суспендированных твердых веществ 8-9 вес.

Подробный химический анализ исходного концентрированного сточного ила и осадка на фильтре, а также фильтрата, полученного после 45-минутной обработки с последующей фильтрацией при 140 F (60^oC) при отжимании под давлением 175 фунт/дюйм² (12,4 кг/см²), приведен в табл. 4.

Пример 4. Химический анализ концентрированного сточного ила и продуктов обезвоживания, полученных фильтрацией при 140 F (60^oC) после тепловой обработки с подкислением и нейтрализацией.

Пример 6. Способность к обезвоживанию подкисленного и нейтрализованного термически обработанного концентрированного первичного и вторичного городского канализационного ила.

Концентрированный сточный ил, который был получен при фильтрации на ленточном фильтре смеси первичного и вторичного ила с установки по переработки городских отстоев в результате анаэробного переваривания, подкисляли, термически обрабатывали, нейтрализовали и далее термически обработали с тем, чтобы улучшить его способность к обезвоживанию. Концентрат получили при добавлении от 4,54 до 6,80 кг на тонну сухой твердой массы полиакриламида в виде хлопьевидного полиэлектролита к илу и затем его фильтровали до содержания твердой массы около 24,5 вес. Такой концентрированный сточный ил имел зольное содержание около 27,4 вес.

Шестьсот грамм образца такого концентрированного ила подкисляли до значения pH приблизительно 2 при перемешивании соответствующим количеством серной кислоты.

Затем его обработали в автоклаве при давлении 7 кг/см² перегретым паром в течение одного часа. Пар впрыскивали в воздушное пространство вокруг образца. Температурная зависимость показала, что температура 330 F (165^oC) достигалась после приблизительно сорока минут.

Образец затем нейтрализовали до значения pH приблизительно 5,9 при его перемешивании с соответствующим количеством водной известковой суспензии.

Нейтрализованный образец подвергали тепловой обработке в течение пятнадцати минут с помощью пара под давлением 7 кг/см² в автоклаве с давлением парового клапана 7 кг/см². Температурный профиль показывает, что образец достигает температуры 260 F (127^oC) при завершении периода обработки.

Способность к обезвоживанию определяли путем смешения 50 грамм образца с 50 миллилитрами воды и пропускания этой смеси через тестовую фильтрующую аппаратуру, известную как бомбовый фильтр, половину которой составляет утопленный мембранный фильтр, установленный в камере для работы под давлением, и которая имеет емкость приблизительно 250 миллилитров. Использовали давление при фильтрации 7 кг/см² с последующим повышением давления, которое постепенно увеличили до 12,4 кг/см². Температура во время фильтрации ила составила 140 F (60^oC).

Фильтрацию закончили через 2 минуты, и содержание твердой массы составило около 64,6 вес. после отжатия. Отжатый осадок на фильтре имел толщину (как описано в примере 1, тестовая аппаратура составляла половину фильтрующей установки) 11 мм и зольное содержание около 36,7 вес.

Отжатый осадок на фильтре не проявлял нежелательного запаха как во время фильтрации, так и после старения при комнатной температуре в течение продолжительного периода. Это указывает на то, что вся биологическая активность закончилась после термической обработки.

Пример 7. Провели исследование зависимости pH концентрированного сточного ила от температуры, необходимой для достижения необратимости, как меры нечувствительности к быстрому старению и сдвигу. Материал согласно примеру 1 термически обработали как в пример 1, за исключением того, что в большинстве случаев термическая обработка протекала при подкислении и перемешивании с соответствующим количеством концентрированной серной кислоты и с последующей нейтрализацией до значения pH приблизительно 5,5 при перемешивании с соответствующим количеством известковой суспензии. Нейтрализованный материал затем термически обработали в течение приблизительно пятидесяти минут при 7 кг/см² в автоклаве с паровым клапанным устройством на 7 кг/см². При нейтрализации материала температура в эти пятьдесят минут достигает значения 127 и 149^oC. Способность к обезвоживанию оценивали фильтрацией согласно методике, описанной в примере 1. Результаты приведены в таблице 5.

Формула изобретения

1. Способ улучшения обезвоживающей способности активного ила, включающий тепловую обработку с предварительным подкислением активного ила до pН 2 4 и последующее его обезвоживание, отличающийся тем, что тепловую обработку активного ила с содержанием твердых веществ выше 15 мас. осуществляют в безкислородсодержащей среде при температуре 126 200^o и давлении выше атмосферного для поддержания ила в жидком состоянии в течение не менее 15 мин, затем активный ил нейтрализуют до pН не менее 5 и вновь подвергают тепловой обработке, а обезвоживание ведут до достижения содержания твердых веществ более 30 мас.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепловую обработку ведут при прямом контакте с паром, который вводят путем впрыскивания его в массу концентрированного ила.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что активный ил нейтрализуют соединениями кальция, предпочтительно гидроксидом кальция.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что обезвоживание ведут фильтрацией, используя мембранный фильтр, расположенный в камере с углублениями при давлении фильтрации 7 кг/см², давлении сжатия мембраны 12,4 кг/см² и температуре примерно 60^o в течение времени не более, чем 30 мин.

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что минимальное время тепловой обработки и pН концентрированного сточного ила определяют по формуле y bm^х, где y время обработки, мин; х pН концентрированного сточного ила во время тепловой обработки; b 9986, m 1894.

2. Способ улучшения обезвоживающей способности активного ила, включающий тепловую обработку с предварительным подкислением активного ила до pН 2 4 и последующее его обезвоживание, отличающийся тем, что тепловую обработку активного ила с содержанием твердых веществ выше 15 мас. осуществляют в бескислородсодержащей среде при температуре 126 200^oС и давлении выше атмосферного для поддержания ила в жидком состоянии в течение не менее 15 мин, а обезвоживание ведут до достижения содержания твердых веществ более 30 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5