Способ обезвоживания осадков сточных вод на иловых площадках

Изобретение относится к обработке сточных вод, в частности к способам обработки осадков сточных вод на иловых площадках. Перед подачей осадка на площадку в него вводят водорастворимый флокулянт. В качестве флокулянта используют водную композицию, содержащую высокомолекулярный полиэтиленоксид с молекулярной массой не менее 2·10⁶, диспергатор, выбранный из ряда солей щелочных и щелочноземельных металлов, катионный электролит и активатор, выбранный из ряда многоатомных спиртов. Технический эффект – повышение эффективности использования иловой площадки путем интенсификации процесса обезвоживания осадка. 1 табл.

 

Изобретение относится к обработке сточных вод, в частности к способам обработки осадков сточных вод на иловых площадках.

Известен способ подсушивания осадков на иловых площадках в естественных условиях (Стебаков В.П. Обезвоживание осадков сточных вод на очистных сооружениях г. Павловский Посад. ВСТ: Водоснабжение и санитарная техника, 1999, №11, с.36-37).

Недостатком способа является его низкая эффективность, т.к. осадки в течение длительного времени находятся в жидком состоянии и плохо поддаются обезвоживанию. На поверхности осадков быстро образуется воздухонепроницаемая корка, что приводит к загниванию ила, сопровождающемуся появлением резкого неприятного запаха. Иловые площадки, не в полной мере выполняя задачу по обезвоживанию, превращаются в накопители жидких осадков, негативно влияют на работу очистных сооружений, требуя все новые земельные ресурсы и ухудшая экологическую обстановку в целом.

Одним из способов повышения эффективности обезвоживания осадков сточных вод является его механическая обработка, позволяющая максимально уменьшить объем и получить консистенцию, оптимальную для утилизации осадка с использованием иловой площадки.

Известен, например, способ обезвоживания избыточного активного ила, защищенный авторским свидетельством СССР №712396, кл. C 02 F 11/12, опубл. 30.01.1980. С целью сокращения времени сушки на иловых площадках избыточного активного ила перед подачей на сушку его подвергают механическому перетиранию. Опытная проверка способа была проведена в лабораторных условиях. Использование же этого способа на практике в условиях действующей иловой площадки невозможно из-за большого количества осадков, различных по составу и консистенции, а также высокой сложности и дороговизны применяемого оборудования.

Технология совместного гравитационного уплотнения осадка первичных отстойников и избыточного ила изложена в статье Васильева Б.В., Морозова С.В., Мухаметшина Р.С. Уплотнение осадков сточных вод с применением флокулянтов. ВСТ: Водоснабжение и санитарная техника, 2001, №4, с.17. Метод заключается в подаче в вертикальный уплотнитель смеси осадков с концентрацией 4-5 г/л с продолжительностью уплотнения 12-20 часов при высоте слоя уплотняемого осадка не более 2,5-3 м. Эффективная работа уплотнителей обеспечивается лишь в случае постоянного вращения мешалки при регулярном удалении из них сливной жидкости и уплотненной смеси осадков.

К недостаткам метода относится большое количество сливной жидкости из уплотнителей, возвращаемой в головные сооружения, что вызывает гидравлическую перегрузку последних, а также удорожание стоимости илоуплотнителей за счет оснащения их вертикальными вращающимися мешалками. Несмотря на большой объем работ по усовершенствованию технологии гравитационного уплотнения осадка, были достигнуты лишь незначительные улучшения качества фугата и степени обезвоживания осадка, при этом суммарный расход флокулянта не уменьшился.

Известен также способ обезвоживания осадков сточных вод на центрифугах и центрипрессах с применением катионных флокулянтов (Васильев Б.В., Морозов С.В., Пробирский М.Д. Флокулянты для обезвоживания осадков сточных вод на станциях аэрации Санкт-Петербурга. ВСТ: Водоснабжение и санитарная техника, 2001, №4, с.13-16; Гумен С.Г., Медведев Г.П., Малышев А.В., Заем И.Х. Обезвоживание осадков городских сточных вод на центрифугах, там же, с.24-27).

Основным недостатком известного способа являются значительные эксплуатационные затраты, обусловленные высокой стоимостью оборудования, в том числе специальной установки для разведения сухих флокулянтов, необходимостью создания особых условий для их разведения и автоматизации точного дозирования. К недостаткам данного способа относится также необходимость подбора типа флокулянта для каждого конкретного вида осадков.

Не задержанный песколовками песок, содержащийся в осадке, является причиной износа шнеков центрифуг. Технология восстановления шнеков сложная и дорогостоящая, что также увеличивает эксплуатационные затраты.

Несмотря на широкое внедрение механического обезвоживания, метод подсушки осадков сточных вод на иловых площадках продолжает представлять большой практический интерес. При этом нагрузка на иловые площадки существенным образом зависит от методов подготовки осадка, позволяющих улучшать его водоотдающие свойства.

Известен способ обезвоживания осадков сточных вод на иловых площадках путем введения водорастворимого флокулянта в осадок перед подачей его на площадку (Тырин Е.И., Мешенгиссер Ю.М., Кармазин А.М. К вопросу применения флокулянтов для обезвоживания осадков сточных вод на иловых площадках. Технология обработки осадков природных и сточных вод. Материалы семинара, Москва, 1990, с.41-43).

В несброженную смесь осадка из первичного отстойника и уплотненного избыточного ила вводится 0,1% раствор флокулянта из расчета 3 кг/т сухого вещества осадка. Были опробованы следующие отечественные флокулянты: катионный низкомолекулярный ВПК-402, высокомолекулярный катионный ППС и высокомолекулярный катионный "Флокатон". Сфлокулированный осадок подсушивался на опытной модели иловой площадки с горизонтальным гравийно-песчаным дренажем. Высота напуска составляла 0,6 м.

Наиболее эффективным оказался "Флокатон", при применении которого через 12 суток влажность осадка снизилась до 81%. Флокулянт ППС по эффективности занимает промежуточное положение между ВПК-402 и "Флокатоном".

По мнению авторов заявляемого изобретения, именно способ обезвоживания осадков на иловых площадках с использованием флокулянта "Флокатон" (сополимер четвертичной соли диметиламиноэтилметакрилата) может быть выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения. В способе-прототипе для интенсификации процесса обезвоживания осадка с использованием "Флокатона" и подсушкой на модели иловой площадки последнюю дополнительно оборудовали вертикальным дренажем. Образовавшаяся иловая вода была удалена с помощью вертикального дренажа в течение суток. Это позволило получить через 12 суток влажность обезвоженного осадка 75% при толщине слоя осадка 12 см. С учетом уборки подсушенного осадка в теплое время года оборачиваемость иловой площадки составила 2 раза в месяц.

По мнению авторов, прототип имеет следующие существенные недостатки:

- Способ рекомендован для иловых площадок на искусственном основании с горизонтальным и вертикальным дренажем. Устройство и эксплуатация таких площадок достаточно сложны, трудоемки и дороги. Наличие дренажной системы обуславливает периодичность эксплуатации иловой площадки в связи с технологическими остановками для прочистки и перезагрузки дренажа.

- Ограничение высоты напуска сдерживает процесс обезвоживания и совершенно не годится для очистных сооружений больших городов с населением более 100 тысяч человек.

- Для обеспечения оборачиваемости иловой площадки два раза в месяц по способу-прототипу необходимо подсушивание осадка в течение 12 суток, а затем его уборка. Это требует постоянного обслуживания, наличия персонала, транспорта, специальной техники и так далее.

- Обезвоживание осадка возможно только в теплое время года.

- Способ предусматривает значительный расход флокулянта (3 кг/тонна сухого осадка), разведение его до концентрации 0,1% требует большого количества воды (3 тонны на тонну сухого осадка). За разведением флокулянта необходим постоянный контроль в условиях цеха или лаборатории, так как незначительные изменения концентрации приводят к существенным изменениям флокулирующей способности используемых реагентов.

Перечисленные недостатки ограничивают возможность использования известного способа для обезвоживания больших объемов осадков сточных вод на иловых площадках в условиях очистных сооружений крупных городов.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности использования иловой площадки путем интенсификации процесса обезвоживания осадка.

Для достижения указанного технического результата в способе обезвоживания осадков сточных вод на иловых площадках путем введения водорастворимого флокулянта в осадок перед подачей его на площадку в качестве флокулянта используют водную композицию, содержащую высокомолекулярный полиэтиленоксид, диспергатор, выбранный из ряда солей щелочных и щелочноземельных металлов, катионный электролит и активатор, выбранный из ряда многоатомных спиртов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиэтиленоксид с молекулярной массой не менее 2-10⁶ 5-10

Диспергатор, выбранный из ряда солей

щелочных и щелочноземельных металлов 4-6

Катионный электролит 7-8

Активатор, выбранный из ряда многоатомных спиртов 3-5

Вода Остальное

Основой предлагаемой композиции является высокомолекулярный полиэтиленоксид, причем чем выше его молекулярная масса, тем выше флокулирующая способность и водоотдающие свойства предлагаемой композиции. Полиэтиленоксид диспергирован в водном растворе по крайней мере одной соли, выбранной из ряда солей щелочных и щелочноземельных металлов, например формиат натрия, ацетат калия, хлорид магния и т.д.

В составе данной композиции полиэтиленоксид проявляет себя как реагент, снижающий сопротивление жидкости. Этот эффект усиливается при включении в композицию активатора, выбранного из ряда многоатомных спиртов (полигликоли, глицерин).

Наличие электролита усиливает катионную активность флокулянта. В качестве катионного электролита могут быть использованы полидиметилдиаллиламмоний хлористый (ВПК-402), оксихлорид алюминия (ОХА), хлорид железа(III) и др.

Промышленные испытания на базе очистных сооружений г. Новосибирска позволили сделать вывод о преимуществах заявляемого способа обезвоживания осадков сточных вод на иловых площадках по сравнению со способом-прототипом.

Для проведения испытаний были оборудованы иловые площадки с размерами 160×80 метров и рабочей глубиной 3,5 метра с системами подачи осадка и флокулянта к смесителю ершового типа, установленному на склоне иловой площадки, а также приборами учета расхода флокулянта и объема подаваемого осадка. Предлагаемая водная композиция приготавливалась в условиях участка флокулянтов и доставлялась на иловую площадку в полиэтиленовых емкостях в виде 25% геля. Доразведение до необходимой концентрации производилось непосредственно у иловой площадки в специально установленных емкостях, оснащенных трубопроводом подачи раствора флокулянта к смесителю.

Обработке предлагаемым способом были подвергнуты самые различные типы осадков: избыточный активный ил, сброженный осадок после метантенка, их смесь, а также ряд других осадков и смесей, в том числе с содержанием песка до 10% и более.

Пример 1. Использование предложенного технического решения для обезвоживания на иловой площадке осадка влажностью 96,5-97,5%.

На иловую площадку по усредненным данным в сутки непрерывно подавалось 2400 м³ сырого осадка. Одновременно была осуществлена непрерывная подача 0,1% раствора флокулянта в объеме ~140 м³. Необходимое и достаточное количество флокулянта определялось экспериментальным путем в лабораторных условиях из расчета 1,8 кг на тонну сухого осадка. Оба потока постоянно подавались через смеситель на иловую площадку круглосуточно.

Для обезвоживания данного вида осадка использовалась композиция следующего состава (см. Таблица, состав 1): полиэтиленоксид с мол. массой 3,5-10⁶, формиат натрия, полидиметилдиаллиламмоний хлористый (ВПК-402), глицерин и вода. Указанный состав обеспечивает качественное обезвоживание осадка, не требуя обеспечения каких-либо специальных условий и режимов. Процесс протекает на открытом воздухе и не зависит от погодных условий. Иловая вода непрерывно отводилась с площадки.

Пример 2. Использование предложенного технического решения для обезвоживания на иловой площадке смеси активного ила с осадком влажностью 97,5-98,5%.

На иловую площадку по усредненным данным в сутки непрерывно подавалось 3600 м³ смеси. Одновременно осуществлялась непрерывная подача 0,1% раствора флокулянта в объеме ~160 м³. Необходимое и достаточное количество флокулянта определялось экспериментальным путем в лабораторных условиях из расчета 1,7 кг на тонну сухого осадка. Оба потока постоянно подавались через смеситель на иловую площадку круглосуточно.

Для обезвоживания данного вида использовалась композиция следующего состава (см. Таблица, состав 2): полиэтиленоксид с мол. массой 2·10⁶, ацетат калия, оксихлорид алюминия (ОХА), глицерин и вода.

Процесс обезвоживания аналогичен процессу, описанному в Примере 1. Технический результат и в том и в другом случае заключается в интенсификации процесса обезвоживания осадков, что позволяет непрерывно подавать осадки на иловую площадку при одновременном непрерывном отведении иловой воды.

В приведенных примерах указаны усредненные данные объема подаваемого осадка, его влажности, а следовательно, и необходимого количества флокулянта, т.к. сточные воды, поступающие круглосуточно на очистные сооружения такого большого города, каким является Новосибирск, не могут быть постоянными по объему и составу.

Исследовано действие предлагаемого флокулянта на иловых площадках с различным основанием как оснащенных дренажными системами, так и без них. Высота напуска была также различна: 0,5; 2,6; 4 м и т.д., то есть для любых площадок, оговоренных СНиП 2.04.03-85.

Расход флокулянта составил 1,5-1,8 кг/ тонна сухого осадка в зависимости от обезвоживаемого осадка (в прототипе 3 кг/ тонна сухого осадка).

Диапазон концентраций флокулянта достаточно широк (0,01-0,2%), разведение его возможно в полевых условиях непосредственно у иловой площадки, в том числе и отходящей иловой водой, так как она содержит всего 0,08-0,3 г/л взвешенных частиц в зависимости от сезона, тем самым исключаются затраты на специальный транспорт для подвоза воды.

Испытания проведенные в тех же условиях, что и по способу-прототипу (тот же тип площадки, тот же осадок, та же высота налива) показали, что влажность 71% была достигнута за 7 суток; за 12 суток влажность осадка достигала 68%. Это, как правило, достигается только при механическом обезвоживании осадка на высокоскоростных центрифугах с предварительной обработкой флокулянтом.

Существенным преимуществом заявляемого способа является непрерывность процесса, т.е. обеспечение одновременного непрерывного наполнения иловой площадки и непрерывного отвода иловой воды. Это позволяет в течение 3-4 месяцев произвести 7-9-кратное наполнение одной и той же иловой площадки с доведением влажности осадка до 75% и менее. При таком подходе иловые площадки могут рассматриваться не как накопители осадков с регламентируемой СНиП годовой нормой заполнения, а как технологические сооружения.

Как уже указывалось выше, предлагаемая водная композиция действует не только как флокулянт, но и как реагент, снижающий гидродинамическое сопротивление жидкости (эффект "скользкой воды"), поэтому вода уходит в 1,3-1,5 раза быстрее. Толщина осадка, обезвоженного данным способом, может достигать 3 м на одной иловой площадке.

Способ может быть использован даже в условиях сибирской зимы. Так как обезвоживаемый осадок на иловую площадку подается по трубопроводу теплым, а процесс флокуляции начинается уже при подаче осадка на иловую площадку, при условии обеспечения механизма отвода иловой воды процесс может осуществляться круглый год.

Таким образом, обезвоживание различных осадков сточных вод на иловых площадках с применением нового флокулянта позволяет увеличить нагрузку на иловую площадку до 10-15 м³/м² год (по СниП 2.04.03-85 от 0,8 до 2,5 м³/м² год) и снизить эксплуатационные затраты в 2-3 раза.

По результатам испытания по обезвоживанию осадков на иловых площадках с применением данного флокулянта было принято решение Горводоканала г.Новосибирска об остановке цеха механического обезвоживания и переходе на обезвоживание всего объема осадков в летний период на иловых площадках. Опыт эксплуатации комбинированной схемы обезвоживания осадка в зимний период на центрипрессах, а в летний - на иловых площадках с предварительной обработкой предлагаемым флокулянтом показал, что даже в условиях Сибири она является более экономичной и рациональной. Летний технологический перерыв позволяет снижать износ основного оборудования и проводить качественно плановый ремонт и реконструкцию цеха механического обезвоживания осадка сточных вод.

Таким образом, результаты промышленных испытаний по обезвоживанию осадков городских сточных вод на имеющихся иловых площадках с качественным основанием показали, что предлагаемые способ и флокулянт не только высокоэффективны, но и значительно дешевле всех известных на сегодняшний день технических решений в данной области.

Способ обезвоживания осадков сточных вод на иловых площадках путем введения водорастворимого флокулянта в осадок перед подачей его на площадку, отличающийся тем, что в качестве флокулянта используют водную композицию, содержащую высокомолекулярный полиэтиленоксид, диспергатор, выбранный из ряда солей щелочных и щелочноземельных металлов, катионный электролит и активатор, выбранный из ряда многоатомных спиртов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиэтиленоксид с молекулярной

массой не менее 2·10⁶ 5-10

Диспергатор, выбранный из ряда солей

щелочных и щелочноземельных металлов 4-6

Катионный электролит 7-8

Активатор, выбранный из ряда

многоатомных спиртов 3-5

Вода остальное