4. ОБРАБОТКА И УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ ВОДОПРОВОДНЫХ ОЧИСТНЫХ СТАНЦИЙ
advertisement
4. ОБРАБОТКА И УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ ВОДОПРОВОДНЫХ ОЧИСТНЫХ СТАНЦИЙ Технологическими схемами работы очистных сооружений водопроводных станций предусмотрен расход воды на собственные нужды в количестве от 10 до 14% суточной производительности станции. Это количество в виде промывных вод фильтров или контактных осветлителей (до 90% воды, используемой на собственные нужды станций), а также осадки, образующиеся после очистки воды, сбрасываются в водоемы, что наносит ощутимый вред окружающей среде. Кроме того, выбрасываемые с осадком ценные компоненты могли бы использоваться в народном хозяйстве, так как они содержат большое количество органики и элементов минерального происхождения. Рядом исследователей, в частности институтом «УкркоммунНИИпрогресс», после проведения комплекса исследований по обороту промывных вод фильтров и подготовке осадков к использованию в различных областях народного хозяйства, разработана бессточная схема водопроводных очистных сооружений. Бессточной называют такую схему водоочистки, при которой объем стоков или «хвостов», сбрасываемых из основной технологической схемы очистки воды, сведен до нуля, либо до таких величин, учет которых не производится ввиду их незначительности. По этой схеме промывные воды фильтров через песколовки, резервуарынакопители возвращаются в голову очистных сооружений, а осадок уплотняется, обрабатывается флокулянтом и обезвоживается на фильтрпрессах. Образовавшийся в результате обезвоживания осадков фильтрат направляется в резервуар-накопитель и совместно с промывными водами фильтров подается также в голову очистных сооружений. Обезвоженный осадок (кек) предполагается использовать в качестве компонента сырьевой смеси для производства красного кирпича взамен глины или в качестве удобрений в лесных питомниках и лесопосадках с целью повышения плодородия почвы. Таким образом, сброса в водоемы не производится, что способствует охране окружающей среды, но при этом увеличивается нагрузка на очистные сооружения в среднем на 6-9% (из них промывная вода 5,5-8%, декантат 0,5-1% и фильтрат 0,1-0,2%), что вполне приемлемо для эффективной их работы, так как при ступенчатой работе насосов насосной станции 1 подъема колебания расходов воды достигают 15% и выше. Увеличение «грязевой» нагрузки на очистные сооружения при возврате промывной воды составляет 12%, что также вполне допустимо. Таким образом, оборот промывных вод не вызывает ухудшения работы станции в целом и позволяет сэкономить значительное количество воды, расходуемой на собственные нужды. Проведенными исследованиями [4] было установлено, что свойства осадков изменяются в очень широких пределах и зависят от минерального состава и основных физико-химических свойств воды, поступающей на очистку. Поэтому для каждых очистных сооружений вопрос обработки и 67 использования осадков решается отдельно. В общем виде осадки вод поверхностных источников представляют собой сложную многокомпонентную пространственную систему с сильно развитой поверхностью, объединяющую в единое целое большой комплекс различных по происхождению, качеству и свойствам веществ. Основными компонентами осадка являются продукты гидролиза химических реагентов в сочетании с минеральными веществами (глинистыми частицами, мелким песком, карбонатными породами, нерастворимыми или малорастворимыми солями металлов) и органическими веществами (илом, фито- и зоопланктоном, различными микроорганизмами и бактериями, продуктами жизнедеятельности водных организмов и растений, коллоидами гуминовых кислот и фульвокислот). Кроме указанных компонентов, в осадок выпадают также различные нерастворимые примеси, вносимые в воду вместе с коагулянтом. Обычно для свежих осадков (получаемых после 45-60 мин. отстаивания) высокоцветных маломутных вод содержание сухого вещества составляет 0,30,4%, для осадков вод средней цветности и мутности – 0,4-0,8%, для осадков мутных вод – 0,8-3% и более. Влажность осадков, образующихся в процессе реагентной очистки вод поверхностных источников колеблется от 92-94 до 99,5-99,8% в зависимости от качества исходной воды и технологической схемы ее обработки. Состав и свойства осадков, зависящие от качества воды, из которой они получены, влияют на интенсивность и глубину их уплотнения. В осадке мутных вод нерастворимый осадок составляет 40-50%, в то время как в осадке цветных вод – лишь 2-15%. С увеличением в исходной воде минеральных примесей осадок получается более плотным и возрастает скорость протекания процесса уплотнения. Увеличение цветности воды и сокращение содержания в ней минеральных примесей приводит к образованию легкого (рыхлого) осадка высокой влажности, степень уплотнения которого снижается, а продолжительность уплотнения возрастает. Так, если для гравитационного уплотнения осадка вод повышенной мутности достаточно всего несколько часов, то для уплотнения осадка маломутных высокоцветных вод требуются десятки и сотни часов, при этом в первом случае в процессе уплотнения влажность осадка снижается до 92-94%, а во втором – до 98-99%. 4.1. Классификация источников водоснабжения по характеру осадкообразования При двухступенчатой схеме очистки воды осадки образуются либо в горизонтальных, либо в вертикальных отстойниках и в осветлителях со взвешенным осадком (в осадкоуплотнителях). Если применяется одноступенчатая схема очистки, осадки образуются при отставании промывных вод контактных осветлителей, скорых двухпоточных фильтров, префильтров и т.д. Способы обработки осадков с целью их обезвоживания различны и зависят как от качества воды в водоисточнике, так и от схемы очистки воды, вида и доз применяемых реагентов. 68 В Украине на подавляющем большинстве очистных водопроводных станций принята двухступенчатая схема очистки воды с горизонтальными отстойниками и скорыми фильтрами, а в качестве коагулянта применяется сернокислый алюминий Al2(SО4)3. По классификации примесей в воде, предложенной акад. Л.А.Кульским 19 и принятой повсеместно в настоящее время, большинство водопроводных станций очищает воду от взвешенных примесей и дисперсных групп: грубодисперсной и коллоидной степени дисперсности. Основным технологическим показателем водопроводных осадков, который определяет выбор способа их обработки, является их водоотдающая способность, характеризующаяся удельным сопротивлением фильтрации. Этот показатель служит основным критерием при классификации осадков по характерным группам водоисточников с целью определения способов их подготовки и обезвоживания. В табл. 4.1 представлены данные о качественных показателях осадков 16 водопроводных станций Украины и Молдавии по характерным группам водоисточников с указанием их основных физико-химических составов. В первую группу выделены осадки, обладающие наиболее высоким удельным сопротивлением фильтрации (800-1600).1010 см/г, плохо отдающие воду при уплотнении и обезвоживании. Сюда отнесены осадки станций, водозаборы которых расположены на водохранилищах Днепра, характеризуемые малой мутностью воды (как правило, 3-5 мг/дм3) и средней цветностью (35-120 град. пкш) в период цветения и массового развития сине-зеленых водорослей. Органическая часть таких осадков составляет около половины (58-63%) от веса сухого вещества и представлена в основном остатками водорослей. Для них характерно повышенное (20-45%) содержание коллоидных гидроксидов. Незначительное количество минеральных примесей в воде и высокая ее цветность, наличие органики и коллоидов приводят к образованию рыхлых с гелеобразной структурой осадков, содержащих трудно освобождаемую при обычных методах воздействия структурно защемленную воду. Во вторую группу объединены осадки рек с малым (1-50 мг/дм3) содержанием взвеси, как правило, малой (до 35 град. пкш) цветностью воды: Южный Буг, Тетерев, Рось. Сюда же (по величине удельного сопротивления фильтрации) отнесены осадки днепровских станций: Черкасской и Светловодской. Это объясняется тем, что в районе водозаборов указанных станций цветность днепровской воды значительно снижается при разбавлении ее паводковыми водами, так как Кременчугское водохранилище является аккумулятором паводковых вод этого района. В осадках наблюдается примерно равное соотношение крупных и мелких фракций, количество органических веществ составляет 35-45%. Содержание коллоидных гидроксидов от 10 до 26%. Величина удельного сопротивления фильтрации таких осадков составляет (350-900).1010 см/г. 69 Таблица 4.1 – Классификация осадков, образующихся на водопроводных станциях, по группам водоисточников Характеристика водоисточника Классификация водоисточника 70 1 группа маломутные (до 50 мг/дм3), среднецветные (35-120 град.) 2 группа маломутные (до 50 мг/дм3), малоцветные (до 35 град.) Характеристика осадков Дисперсность Название водоисточника Содержа- Содержание ние органичес- коллоидких ных веществ, гидрокси% дов, % Свыше 10 мкм Менее 10 мкм 25-30 70-75 58-60 40-45 г. Днепродзержинск (Днепродзержинское водохранилище) г. Запорожье (оз. им. Ленина) 40-45 55-60 60-63 20-25 25-30 70-75 55-60 30-35 р. Южный Буг г. Винница р. Тетерев г. Житомир 45-50 50-55 35-40 10-12 50-52 45-55 35-41 11-14 р. Днепр г. Киев (Киевское водохранилище) 70 Рекомендуемая технология обработки осадков подготовки обезвоживания Удельное сопротивление фильтрации, .1010 см/г Уплотнение с добавками минеральных присадок (глин) На фильтр- 840-1410 прессах с предварительной термообработкой (70-80оС) Уплотнение с На фильтр- 1280-1620 добавкой извести прессах с добавкой извести Уплотнение с На фильтрдобавкой глины прессах с или извести добавкой извести или с нагревом Уплотнение с На фильтрдобавкой извести прессах с добавкой извести Уплотнение с На фильтрдобавкой извести прессах с добавкой извести 800-1600 840-890 450-580 Характеристика водоисточника Классификация водоисточника Характеристика осадков Дисперсность Название водоисточника Содержа- Содержание ние органичес- коллоидких ных веществ, гидрокси% дов, % Рекомендуемая технология обработки осадков Удельное сопротивление фильтрации, .1010 см/г 71 Свыше 10 мкм Менее 10 мкм 50-55 40-55 40-55 22-26 Уплотнение с На фильтрдобавкой извести прессах с добавкой извести 470-550 48-50 38-44 47-52 16-18 Гравитационное уплотнение На фильтрпрессах с добавкой извести 280-320 3 группа средней мутности (50-250 мг/дм3), малоцветные (до 35 р. Десна град.) г. Киев 60-65 35-40 16-30 1-5 Гравитационное уплотнение 100-180 57-65 38-40 13-20 3-6 Гравитационное уплотнение р. Рось г. Белая Церковь 55-60 40-45 15-22 2-5 Уплотнение глиной На фильтрпрессах с добавкой извести или вторичных отходов химпроизводств На фильтрпрессах с добавкой извести или вторичных отходов химпроизводств На вакуумфильтрах или фильтр-прессах р. Днепр г. Черкассы (Кременчугское водохранилище) г. Светловодск (Кременчугское водохранилище) р. Сев. Донец г. Харьков 71 подготовки обезвоживания 160-270 130-230 Характеристика водоисточника Классификация водоисточника Характеристика осадков Дисперсность Название водоисточника 4 группа р. Днестр мутные (свыше 250 мг/дм3), малоцветные (до 35 г. Кишинев град.) 72 г. Черновцы р. Прут г. Унгены р. Альма, Салпер г. Ялта, Феодосия (Счастливинское водохранилище) р. Черная г.Севастополь (горные реки Крыма) Содержа- Содержание ние органичес- коллоидких ных веществ, гидрокси% дов, % 5-10 <1 Рекомендуемая технология обработки осадков Удельное сопротивление фильтраобезвоживания ции, .1010 см/г На вакуум8-100 фильтрах или фильтр-прессах с добавкой вторичных реагентов то же 3-100 Свыше 10 мкм Менее 10 мкм 70-75 25-35 60-70 30-35 4-7 следы Гравитационное уплотнение 70-75 25-35 1-2 следы то же 35-80 70-75 25-30 6-11 1-3 Гравитационное уплотнение Гравитационное уплотнение то же 60-70 70-80 25-30 10-12 1-5 Гравитационное уплотнение то же 90-150 60-65 30-35 5-9 1,5-2 Гравитационное уплотнение то же 40-96 72 подготовки Гравитационное уплотнение В летне-осенний период наблюдается возрастание этого показателя, обусловленное попаданием в источник недоочищенных стоков овощеконсервных и сахарных заводов. К третьей группе водоисточников отнесены реки Сев. Донец, Рось, Десна, характеризующиеся средней мутностью воды (50-250 мг/дм3) и цветностью, не превышающей 35 град. Несмотря на то, что большинство этих рек в районе водозаборов имеет зарегулированный сток, основной объем (до 60%) осадка образуется при указанных значениях взвеси в воде вследствие весеннего и летнее-осенних паводков. Осадки, образующиеся при очистке этих вод, имеют значительное количество крупных включений, содержание органических веществ в них не превышает 30%, а коллоидных гидроксидов содержится не более 3-6%. При уплотнении таких осадков наблюдается деформация их структуры, они сравнительно легко отдают воду, обладая при этом небольшим удельным сопротивлением фильтрации (100-170).1010 см/г. Четвертая группа водоисточников представлена реками, берущими свое начало в горах, несущими в себе значительное количество крупнодисперсной взвеси, в среднем более 250 мг/дм3. К ним относятся реки Крыма, Днестр, Прут. Осадки, образованные в результате очистки такой воды, обладают наиболее плотной структурой с незначительным содержанием органики. Удельное сопротивление фильтрации таких осадков не превышает (10-160).1010 см/г. Структура осадка определяется, прежде всего, гидродинамическими факторами, к числу которых относятся пористость осадка, размер составляющих его твердых частиц и удельная поверхность или сферичность этих частиц. Размер взвешенных веществ, содержащихся в осадке, характеризуется их гидравлической крупностью, которую графически можно изобразить в виде интегральных кривых. По характеру расположения кривых на графике содержащиеся в воде взвешенные вещества и коллоидные системы, количественно характеризуемые величиной n = а / b (где а и b – площади частей графика, лежащих соответственно над и под кривой), можно условно разделить на три вида: n > 1 – взвешенные вещества с преобладанием крупных частиц; n = 1 – взвешенные вещества с равным количеством мелких и крупных частиц; n < 1 – взвешенные вещества с преобладанием мелких частиц. На рис. 4.1 приведены интегральные кривые, построенные путем обработки данных при различных концентрациях взвешенных веществ для рек, которые выделены в группы: Днепр, Южный Буг (1 группа), Сев. Донец, Десна, Рось (2 группа), Днестр, Прут и горные реки Крыма (3, 4 группы). Интегральные кривые 1 и 2 характеризуют состав взвешенных веществ рек Сев. Донец, Десна, Рось, что соответствует условию n = 1, т.е. в составе взвешенных веществ содержатся равные количества частиц различной крупности. А интегральные кривые 3 и 4 характеризуют гидравлическую 73 Количество частиц, % крупность взвешенных веществ рек Днепр и Южный Буг, в их водах в составе взвешенных веществ преобладают сравнительно мелкие частицы. 100 3 4 80 2 60 1 40 20 0 0,01 0,025 0,05 0,01 0,03 0,5 1,0 Гидравлическая крупность частиц, мм/с Рис. 4.1 – Интегральные кривые механического состава взвешенных веществ рек Украины: 1, 2 – для рек Сев. Донец, Десна, Рось; 3, 4 - для рек Днепр, Южный Буг 4.2. Подготовка, уплотнение и обезвоживание осадков 4.2.1. Обработка осадков 1-й группы Для обработки и мехобезвоживания осадков 1-й группы выбрана бессточная технологическая схема, приведенная на рис. 4.2. Осадок, задерживаемый на водопроводной станции, с исходной влажностью 99,0-99,5% направляется в вертикальный илоуплотнитель, в котором уплотняется 24 часа с добавкой извести в количестве 20% от веса сухого вещества осадка, или 20% глины – в период цветения воды. Влажность уплотненного осадка – 96-98%. Уплотненный осадок направляется в резервуар готового осадка перед мехобезвоживанием. Для мехобезвоживания добавляется известь в количестве 20% от веса сухого вещества осадка. При добавлении глины на уплотнение перед мехобезвоживанием осадок нагревают до 70-80оС. Осадок обезвоживается на фильтр-прессах типа ФПАКМ, продолжительность фильтроцикла 15-17 мин. Количество фильтр-прессов выбирается в зависимости от суточного количества осадка по сухому веществу. Далее обезвоженный осадок утилизируется. 74 4.2.2. Обработка осадков 2-й группы Для обработки осадков 2-й группы водоисточников предлагается бессточная технологическая схема, приведенная на рис. 4.3. Осадок, задерживаемый горизонтальными отстойниками и имеющий влажность 99,2-99,5%, подается в илоуплотнители, где уплотняется с добавкой извести в количестве 10% от веса сухого вещества осадка в течение 24 час. или с добавкой 10% глины в период максимального цветения воды. Влажность уплотненного осадка – 95-97%. Количество фильтр-прессов для механического обезвоживания осадка определяется из объема осадка по сухому веществу. Обезвоженный осадок направляется для дальнейшей утилизации. 4.2.3. Обработка осадков 3-й группы Осадки 3-й группы водоисточников (в том числе осадки Кочетокской водопроводной станции г. Харькова), имеющие исходную влажность 97,5-98 %, уплотняются без внесения добавок в течение 18-24 час. до влажности 92,094,0% (рис. 4.4). Осадок из илоуплотнителя через бак готового осадка подается на мехобезвоживание. При мехобезвоживании осуществляют кондиционирование осадков известью с дозой 10-20%. При этом производительность фильтр-прессов превышает 20 кг/м2.ч. Количество фильтрпрессов определяется из объема осадка по сухому веществу. 4.2.4. Обработка осадков 4-й группы Осадки 4-й группы (рис. 4.5) с исходной влажностью 96-97,5% уплотняются быстро, т.е. за 8-12 час. до влажности 85-92% в резервуареуплотнителе. Хотя уплотнение осадка достигается за столь короткое время без применения реагентных добавок, надиловая вода имеет высокое содержание взвеси. Для получения большего осветления надиловой воды производится добавка извести при уплотнении в резервуаре-уплотнителе дозой 2,5% по сухому веществу в виде 10%-ной суспензии. Для этой группы осадков добавка извести незначительна (до 6%). Далее уплотненный осадок с влажностью 85-92% подается на мехобезвоживание, которое производят на фильтр-прессах. После обезвоживания осадок утилизируют. Для осадков 3-й и 4-й групп водоисточников возможна замена извести на известьсодержащие отходы химпроизводств с содержанием извести 35-50%. Воздействие отходов химпроизводств сравнимо с воздействием товарной извести. Величина производительности фильтр-пресса при дозе добавки 35% составляет 9-10 кг/м2.ч, что дает основание судить о возможной взаимозаменяемости отходов. В табл. 4.2 приведены основные технологические параметры уплотнения осадков, а в табл. 4.3 – обезвоживания осадков всех четырех групп водоисточников. 75 76 Раствор извести на обезвоживание 7 Уплотненный осадок 10 Сжатый воздух Раствор извести на уплотнение 4 Декантат 2 Промывная вода Обезвоженный осадок на складирование Утечки Фильтрат 9 3 6 Осадок на утилизацию 8 Рис. 4.2 – Рекомендуемая схема обработки осадков 1-й группы водоисточников: 1 – горизонтальный отстойник; 2 – скорый фильтр; 3 – РЧВ; 4 – емкости для приготовления известкового молока; 5 – уплотнитель осадка; 6 – резурвуар-усреднитель промывной воды; 7 – цех фильтр-прессов; 8 – насос перекачки усредненной воды; 9 – территория для складирования; 10 – компрессор высокого давления 5 1 Усредненная вода на повторную очистку Исходный осадок 77 2 8 Раствор извести на уплотнение 3 Сжатый воздух 5 4 Декантат 6 Кек на утилизацию Промывная вода фильтров Фильтрат Рис. 4.3 – Рекомендуемая схема обработки осадков 2-й группы водоисточников: 1 – горизонтальный отстойник; 2 – осадкоуплотнитель; 3 – емкости для приготовления известкового молока; 4 – накопитель уплотненного осадка; 5 – фильтр-пресс; 6 – резурвуар-усреднитель промывной воды; 7 – насос перекачки усредненной воды; 8 – компрессор высокого давления Исходный осадок 1 К фильтрам 7 Усредненная вода на повторную очистку Исходный осадок 1 Промывная вода фильтров Усредненная вода на повторную очистку 2 Декантат 8 Осадок промывной воды 3 5 Фильтрат Раствор извести 4 Уплотненный осадок 6 7 9 Кондиционированный осадок Сжатый воздух Кек на утилизацию Рис. 4.4 – Рекомендуемая схема обработки осадков 3-й группы водоисточников: 1 – горизонтальный отстойник; 2 – скорый фильтр; 3 – резурвуар-усреднитель промывной воды; 4 – осадкоуплотнитель; 5 – емкости для приготовления известкового молока; 6 – накопитель уплотненного осадка; 7 –фильтр-пресс; 8 – насос перекачки усредненной воды; 9 – компрессор высокого давления 78 Группы водоисточников Таблица 4.2 - Основные технологические параметры уплотнения осадков Параметры уплотнения влажность исходная время количество после влажность, реагент уплотнения, реагента, % уплотнения, % ч. % 99,0 - 99,5 глина 10 - 20 24 96 - 98 99,5 - 98,0 известь 10 - 20 24 95 - 97 98,0 - 97,5 известь не более 5 18 - 24 92 - 94 97,5 - 96,0 8 - 12 85 – 92 1 2 3 4 Группы водоисточников Таблица 4.3 - Основные технологические параметры обезвоживания осадков Параметры уплотнения 1 2 3 4 тип оборудования фильтрпресс фильтрпресс фильтрпресс фильтрпресс количество реагента, % влажность кека, % 65 - 70 660 - 700 6-7 известь нагрев до 70 - 80оС 20 - 30 60 - 65 615 - 630 12 - 15 известь 10 - 20 58 - 60 535 - 580 18 - 23 известь 5 - 10 52 - 55 480 - 500 22 - 28 реагент глина продолжи- производительтельность, ность, с. кг/м2.ч 4.3. Утилизация осадков водопроводных очистных станций Бессточные схемы работы очистных сооружений водопроводных станций предотвращают сброс всех «хвостовых» вод и осадков в окружающую среду и решают задачу создания безотходных технологий. Получающиеся при обезвоживании осадки на водопроводных станциях могут накапливаться в значительных количествах. Так, например, на станции производительностью 800 тыс. м3 воды в сутки образуется в среднем до 15 тыс. т обезвоженного осадка. Хранение таких количеств осадков и их складирование, вывоз в отвалы также загрязняет окружающую среду и требует отчуждения части земель. Вместе с тем, накапливающиеся на станциях осадки, представляющие собой сложную органно-минеральную смесь, содержат ряд ценных элементов, в которых нуждаются различные отрасли народного хозяйства. На основании проведенных институтом «УкрокоммунНИИпрогресс» в содружестве с рядом институтов и организаций г. Харькова исследований установлена возможность и практическая целесообразность утилизации осадков. При решении вопроса о путях переработки и утилизации осадка 79 Исходный осадок 1 Промывная вода фильтров Усредненная вода на повторную очистку 2 Декантат 7 Осадок промывной воды Фильтрат 6 3 4 Уплотненный осадок 5 Кондиционированный осадок 8 Сжатый воздух Кек на утилизацию Рис. 4.5 – Рекомендуемая схема обработки осадков 4-й группы водоисточников: 1 – горизонтальный отстойник; 2 – скорый фильтр; 3 – осадкоуплотнитель; 4 – накопитель уплотненного осадка; 5 – фильтр-пресс; 6 – резурвуар-усреднитель промывной воды; 7 – насос перекачки усредненной воды; 8 – компрессор высокого давления каждой водопроводной станции большое значение имеют его химикоминералогический состав и физико-химические свойства. Преобладающими минеральными составляющими большинства осадков вод средней мутности являются глинистые минералы – коалинит и монтмориллонит, в меньшем количестве присутствуют гелеобразные гидроксиды алюминия, кремния, железа, а также гидрослюды, кварц и 80 органические включения. В ряде случаев осадки маломутных высокоцветных вод представлены в основном органическими веществами. В зависимости от преобладающего состава и свойств осадка той или иной станции могут быть выбраны различные пути их утилизации. Типичные осадки, идентичные по составу и природному глинистому или лессовидному сырью, предпочтительно использовать в качестве керамического сырья, компонентов при производстве различных строительных материалов: цементов, бетонов, защитных покрытий и т.д. Осадки с высоким содержанием органических составляющих, образованных при очистке высокоцветных маломутных вод, можно применять в сельском хозяйстве в качестве удобрений и мелиорантов, получения пористых заполнителей и фильтрующих материалов. Ниже приведены основные направления утилизации осадков водопроводных очистных станций, разработанные в институте «УкркоммунНИИпрогресс». В цементной промышленности. В результате выпуска опытной партии портландцементов на заводе института «Южгипроцемент» установлена возможность утилизации обезвоженного осадка в составе цементных сырьевых смесей вместо глинистого компонента от 3 до 10%. Введение осадка в сырьевую смесь увеличивает содержание в клинкере трехкальциевого алюмината, повышая прочность цемента на 30-50 кгс/см2. В металлургии. На заводе «Азовсталь» проведены промышленные эксперименты по защите футеровки прибыльных надставок покрытием из осадка водопроводных станций. Установлено повышение стойкости футеровки на 20% при сохранении жаростойких противопригарных свойств. В промышленности строительных материалов. Использование водопроводного осадка в качестве опудривателя гранул при производстве керамзита позволит повысить качество и увеличить его выпуск при том же расходе сырья взамен дорогостоящих высокоогнеупорных опудривателей (глинозема). В сельском хозяйстве. В состав водопроводных осадков, образующихся на очистных сооружениях ряда станций, входят соединения азота, фосфора, калия в легкодоступных для растений формах. Это объясняется тем, что в период дождей и паводков в реки с полей попадают смытые органо-минеральные удобрения, которые задерживаются затем на очистных сооружениях в составе осадков. Внесение водопроводных осадков в почву в жидком или сухом виде в качестве удобрений под посевы различных сельскохозяйственных культур (кукурузы, сахарной свеклы, люцерны и др.) способствует повышению их урожайности. Безвредность внесения осадков объясняется отсутствием солей тяжелых металлов. Осадок может быть использован на самой водопроводной станции с целью интенсификации процесса хлопьеобразования и экономии коагулянта. 81 Так, на Днепровском водопроводе г. Киева установили, что целесообразно добавлять осадок к исходной воде в дозах 20-40 мг/дм3, а на Владимирском водопроводе – в дозах 150-200 мг/дм3, что дает экономию до 30% коагулянта Al2(SО4)3. При регенерации коагулянтов из осадков водопроводных станций решается одновременно проблема сокращения объемов осадка и коагулянта, расходуемого в процессе очистки воды. Метод основан на растворении продуктов гидролиза коагулянтов в кислотах, щелочах или других растворителях. Регенерируемый коагулянт состоит в основном из растворимого в воде сернокислого алюминия, незначительного количества сульфата железа и других соединений. Этим способом удается вернуть в производство до 80% отработанного коагулянта и снизить объем осадка в 5-20 раз. Известна кислотная обработка осадков 11 с целью регенерации из него коагулянта на водопроводной станции Орли (Франция). По аналогичным схемам работают с 1986 г. установки регенерации коагулянта на водопроводной станции г. Осака (Япония), в США, Великобритании и других странах 4. При кислотной обработке доза соляной кислоты составляет 0,7-1,05 кг/кг сухого вещества осадка, а серной кислоты – 0,5-0,9 кг/кг осадка, что предполагает устройство сложного реагентного хозяйства с вредными условиями труда, повышение себестоимости очистки воды и экологическое загрязнение водоисточников при сбросе частично нейтрализованной воды. Регенерация коагулянта из осадков водопроводных станций щелочами имеет ограниченное применение, так как если при регенерации серной кислотой количество гидроокиси алюминия, которое удается перевести в раствор при обработке осадка, достигает 75%, то наибольший эффект регенерации с помощью избытка раствора извести составляет 45-60%. Однако этот метод имеет и преимущества: чистота реагента и простота обезвоживания осадков, образующихся после процесса восстановления коагулянта. Проводятся исследования эффективности передачи осадков водопроводных станций на обработку совместно с осадками городских сточных вод. При этом рассматриваются варианты: - сброс осадков станций очистки питьевых вод в городскую канализационную сеть; - перекачка их на станцию очистки городских сточных вод; - транспортировка автотранспортом на установки для обезвоживания и сушки осадков городских сточных вод. Возможность применения данного метода подтверждается следующим: исходная влажность водопроводных осадков составляет 97,0-99,5%, а осадков городских сточных вод – 93,0-99,0%; потери при прокаливании соответственно 25-50% и 20-60%; удельное сопротивлении фильтрации соответственно (1,4514,5).104 м/кг и (0,6-10).104 м/кг, что свидетельствует об идентичности основных физико-химических характеристик водопроводных осадков и осадков городских сточных вод. Основной задачей, стоящей перед специалистами, является снижение влажности осадков до значений, обеспечивающих их транспортировку и 82 последующую утилизацию. Обе категории осадков характеризуются высокой степенью гидрофильности, вода в них находится в связанном и свободном состояниях. Для обработки водопроводных осадков и осадков городских сточных вод применяют известные методы: обработка реагентами (коагулянты, флокулянты), механическое обезвоживание (центрифуги, фильтр-прессы, ленточные прессы), термическое воздействие, замораживание-оттаивание, естественная сушка 11. Водопроводные осадки практически полностью осаждаются в первичных отстойниках канализационных очистных сооружений, повышая зольность осадков городских сточных вод. При этом, в случае использования водопроводных осадков, образующихся при очистке маломутных малоцветных вод, качество очищенных сточных вод (по основным показателям) остается без изменений. В случае использования водопроводных осадков, образующихся при очистке воды средней мутности и средней цветности, увеличивается эффективность очистки сточных вод от фосфатов на 35-55%, несколько возрастает степень удаления коллоидных и растворенных органических загрязнений. Водопроводные осадки практически не оказывают влияния на концентрацию ионов тяжелых металлов, содержащихся в канализационных осадках. Сброс водопроводного осадка на очистные сооружения канализации должен сопровождаться проверкой пропускной способности канализационных сетей и сооружений на них. Кроме того, следует предусмотреть непрерывное удаление водопроводного осадка из отстойников и резервуаров-усреднителей или регулировать их сочетание. Во всех случаях необходимо стремиться к идеальным условиям подачи водопроводного осадка на очистные сооружения канализации, т.е. поддержанию постоянной, средней расчетной дозы водопроводного осадка в мг массы сухого вещества на 1 л сточных вод с учетом неравномерности их притока. Установлено, что при прохождении водопроводного осадка по канализационным сетям он не осаждается в трубопроводах, если скорость движения сточных вод равна или выше самоочищающей. Добавление водопроводного осадка до 100 мг/дм3 не требует изменений или дополнений в схеме механической или биологической очистки сточных вод для таких сооружений, как приемная камера, решетки, песколовки, первичные и вторичные отстойники, контактные резервуары. Окончательное решение по выбору методов обработки водопроводных осадков или совместной их обработки с осадками городских сточных вод для конкретных условий принимается только с учетом технико-экономического сравнения вариантов по приведенным затратам. В целях внедрения разработанных методов утилизации необходимо ускорить строительство цехов мехобезвоживания осадков. Утилизация водопроводных осадков дополняет бессточную схему работы очистных сооружений, что позволяет предотвратить их сброс в овраги и водоемы, способствуя сохранению окружающей среды, и обеспечивает получение значительного народнохозяйственного эффекта. 83
