Форми зв'язку води з частками твердої фази і їхній вплив на обробку осадів.

 

Механізм зв'язку води з твердими частками осаду необхідно знати, щоб вибрати метод обробки опадів. Волога може знаходитися в хімічному, фізико-хімічному і фізико-механічному зв'язку з твердими частками, а також у формі вільної води. Хімічно зв'язана вода входить до складу речовини і не виділяється навіть при термічному сушінні. Хімічно зв'язана адсорбційна й осмотична волога. Механічно зв'язана капілярна вода, структурна волога, вода змочування.

Сушінням на муловых площадках і механічних методах зневоднювання віддаляється велика частина вільної води. Випарюванням чи видаленням вологи під тиском порушується фізико-механічний зв'язок (вакуум-фільтр). Центрифугованням чи фильтрпресуванням можна домогтися видалення частини зв'язаної води.

Положення критичних крапок вологості дозволяє вивчити вплив на водовіддачу опадів різних методів обробки: ущільнення, теплової обробки, заморожування, реагентної обробки і т.д., а також можна вибрати дозу коагулянту

Питомий опір характеризує швидкість водовіддачі опадів. Вологість, що відповідає першій критичній крапці, визначає межа можливого механічного зневоднювання осаду. З досвідів відомо, що вологість, при якій починається відхилення від прямої при визначенні питомого опору, практично відповідає вологості кека, одержуваного при зневоднюванні опадів. Виходить, вологість кека при зневоднюванні опадів можна орієнтовно визначити в лабораторних умовах.

 

МЕТОДИ ОБРОБКИ ОСАДІВ.

 

Основними методами обробки опадів є:

1. Ущільнення і згущення опадів - зниження вологості:

n у сирого осаду до 95...93%;

n у надлишкового активного мулу 98...97,3%.

Існують: гравітаційне, флотаційне ущільнення, згущення на вібраційних фільтрах, сепараторах, центрифугах.

2. Стабілізація - жири, білки і вуглеводи перетворюються, переважно, у білки з такою будівлею, щоб запобігти загнивання осаду. Існують: анаеробна стабілізація (основні продукти: біогаз, клітинна біомаса анаеробных мікроорганізмів) і аеробна стабілізація (СО₂, Н₂О, приріст нових аеробних кліток).

Білки, у яких у клітці багато зв'язаної води, менш стабільні.Такі білкові структури як дріжджі (пухкі) легко с’їдаються мікроорганізмами, швидко піддаються розкладанню. Розпад: 34% - білки, 62% - вуглеводи, 92% - жири. Основним джерелом харчування для хвороботворних мікроорганізмів є вуглеводи.

Межі стабілізації (по беззольній речовині): анаеробна - 53% у сирого осаду, 44% у надлишкового активного мулу; аеробна - до 70% в активного мулу і сирого осаду, до 90% в активного мулу.

3. Кондиціонування - обробка осаду з метою поліпшення його властивостей водовіддачі. Активний мул складається на 80% з негативно заряджених часток,на 20% з позитивно, ущільнюється до 98%. При обробці коагулянтами може ущільнюватися до 80%.

При кондиціонуванні можуть застосовуватися:

n зола - як адсорбент;

n тканина з гідрофільними властивостями (ґніт);

n капілярне відсмоктання;

n теплова обробка - змінюється структура (білки денатуруються (звертаються) і т.д.

4. Зневоднювання - зменшення вологості осаду до 70...90%.

5. Знезаражування буває термічне, біотермичне, біологічне, хімічне і фізичне.

Сушіння під дією сонця так само супроводжується знезаражуванням.Гравітаційне ущільнення - найбільш розповсюджений прийом зменшення обсягу надлишкового активного мулу. Гравітаційне ущільнення значне зменшує обсяг споруджень і витрати електроенергії при наступній обробці. Як спорудження для гравітаційного ущільнення використовують вторинні відстійники (вертикальні і радіальні). У вертикальних вторинних відстійниках немає заглибної дошки, у радіальних - днище плоске з ухилом до периферії, а не до центра, тому що осад віддаляється за допомогою мулососів.

Вологість після вертикального ущільнення 98%, тривалість ущільнення до 16 годин (у залежності від виду мулу).

У радіальних ущільнювачах W = 97...97,3%; t = до 15 годин. Сирий осад, як правило, не ущільнюють.

Флотаційне мулоущільнення застосовується тільки для надлишкового активного мулу W = 99,2% (С = 8 г/л), W = 99,6% (С = 4 г/л); 8 г/л - це важкий мул, аеротенк працює в режимі продовженої аерації. Навантаження на мул по БПК₂₀ = 100...200 г/на кг мулу в добу.

8 г/л - БПК₂₀ = 300...500 г/м³доб;

4 г/л - БПК₂₀ = 500...700 г/м³доб.

Флотація - процес прикріплення пухирців повітря до мулу. Перед усмоктуванням у насос в мул додається повітря. У насосі відбувається роздроблення. Повітря повинне бути не більш 10% від кількості води (для флотації досить 2%). Виходить водоповітряна суміш. Забруднення ідуть у піну. Флотація застосовується при гідрофобному мулі (молодому). Доцільно застосовувати при концентрації активного мулу  4 г/л. В основному мул гідрофільний, щоб застосувати флотаційне ущільнення його необхідне гідрофобизувати (за допомогою ПАВ). Стабілізований мул - гідрофільний, тому для нього флотаційне ущільнення не застосовується.

Для згущення опадів можуть застосовуватися:

n згущувельні барабани;

n мішечні, пористі, рукавичні фільтри;

n віброфільтри - являють собою похило установлену тверду вібруючу перфоровану перегородку (металеву сітку) чи сито, через яке фільтруються осади, що згущаються. Частота вібрації 30  50 Гц, амплітуда коливань сітки 0,6...0,8 мм.

Активний мул згущається до вологості 93...97 %;

Суміш з осадом 1^х відстійників -          86...88 %;

Винос сухої речовини з фільтратом - 5...30 %.

Сепаратори застосовуються для згущення активного мулу і фугату (після шнекових центрифуг).

Застосовують:

1. тарілчасті сепаратори;

2. рідинні сепаратори з тарілчастою вставкою;

3. безупинно діючі сепаратори із сопловою насадкою.

Тарілчасті сепаратори дають чистий фугат, але міжтарілчастий простір забивається, якщо розміри часток перевищують 0,4...0,8 мм. Тому перед ними встановлюють барабанні сітки.Сепаратори типу 1 і 2 мають однаковий робочий орган.

 Сучасні рідинні сепаратори являють собою центрифуги з високою частотою обертання ротора. Недолік: великий винос зважених речовин з фугатом.

Висока ефективність затримки сухої речовини приводить до істотного підвищення вологості кека, тому що дрібні частки затримувані на сепараторі, мають більший зміст зв'язаної води, чим великі.

Стабілізація - запобігання загнивання опадів засноване на зміні фізико - хімічних характеристик опадів, що супроводжується придушенням життєдіяльності гнильних бактерій. Стабілізація буває аеробна й анаеробна. Може здійснюватися прикріпленими мікроорганізмами і мікроорганізмами, що вільно плавають.

Переваги стабілізації мікроорганізмами, що вільно плавають - простота конструкції, але при цьому великі витрати електроенергії для здійснення необхідного масообміну.

Для стабілізації за допомогою прикріплених мікроорганізмів спорудження мають більш складну конструкцію, але більш економічне.

Прикріплення мікроорганізмів здійснюється, щоб тримати велику біомасу за рахунок адгезії зважених речовин, для запобігання роз'єднання мікроорганізмів. На йоржах виникає просторова сукцесія мікроорганізмів (бактерії (дріжджі, що сульфатредуктують), найпростіші (інфузорії), дрібні тварини (коловертки), що впливає на процес стабілізації стічних вод. Крім того, при використанні прикріплених мікроорганізмів процес стабілізації йде глибше. При стабілізації, мікроорганізм повинний наздогнати свою жертву, що при вільно плаває біоценозі складно, тому що мала їхня концентрація. При стабілізації прикріпленими мікроорганізмами процес розпаду збільшується в 2...3 рази. При аеробній стабілізації мула губиться 1/3 органічної речовини, при використанні прикріплених мікроорганізмів - 2/3.

При анаеробної стабілізації - губиться 45% сухої речовини, при прикріпленні мікроорганізмів- до 60%. Більш глибокий розпад не досягти тому що частина сухої речовини йде на приріст біомаси мікроорганізмів. Перевагою прикріплення мікроорганізмів також є те, що насадка не вимивається.