Раздел. Обработка, обезвреживание и использование осадка.

В результате биологической и механической очистки образуются различного рода осадки. Это отбросы, задерживаемые решетками; осадок, выпадающий в первичных отстойниках, и активный ил и биопленка, образующиеся в сооружениях биологической очистки и оседаемые во вторичных отстойниках. Все они содержат органические вещества.

По данным литературы содержание частиц крупностью более 7÷10мм составляет 20%; от 10 до 1 мм – 33%; менее 1 мм – 50-88%.

Влажность осадков составляет 92-96%. Имеют они слабокислую реакцию. Содержат большое количество яиц гельминтов (90-99%) и в высокой степени насыщены микроорганизмами.

Активный ил более однородный. 98% имеет размер менее 1 мм. Влажность – 96-99,2%. Хлопья состоят из большого числа многослойно расположенных микробиальных клеток, заключенных в слизь. Обладают очень развитой удельной площадью поверхности, составляет 100м² на 1г сухого вещества ила. Может быть заражен яйцами гельминтов.

Общий объем осадков не превышает 1% объема обработанных стоков. При этом 60-70% приходится на долю активного ила.

Твердая фаза осадков состоит из органических и минеральных частей. Органическая часть (беззольная) осадка первичных отстойников составляет 65-80% от массы сухого вещества. Для активного ила – 70-75%. Зольность осадка: З=100-БЗ,%

Основными компонентами беззольной части осадка являются белки, жиры, углеводы. Они составляют в сумме 80-85%. Оставшаяся часть приходится на долю???????-гумусового комплекса соединений.

Осадки содержат также удобрительные вещества: N,P,K, микроэлементы и могут быть использованы в качестве удобрений. А активный ил может быть использован в качестве кормовой добавки с/х животным. Питательная ценность активного ила обусловлена высоким соединением белка и витаминов. В городских очистных сооружениях содержатся все витамины группы В (много В₁₂).

Состав осадка может меняться.

Осадок ПО:

белки 28-32%, жиры 25-30%, углеводы 14-18%, азот общий 5-6%, фосфор 3,5-4%, содержание бактерий coli в 1 г сух вещества 10⁷ – 10⁸.

Активный ил: белки 40-44%, жиры 18-23%, углеводы 4-7%, азот общий 8-10%, фосфор 8-9%, содержание бактерий coli в 1 г сух вещества 10⁶ – 10⁷. БЖУ – процент от беззольного вещества, N – процент от сухого вещества.

Необходимо произвести обезвреживание остатков. К основным методам обезвреживания относятся анаэробное сбраживание. Брожение называют метановым, т.к. в результате распада органического вещества в качестве одного из основных продуктов образуется газ-метан. В основе биохимического процесса метанового брожения лежит способность сообществ микроорганизмов в процессе своей жизнедеятельности окислять органические вещества, состояние ос-ки с.в.. Метановое брожение осуществляется широким спектром бактериальных культур. Теоретически рассматривают брожение ос-ков, состоящее из двух фаз:

1. Кислая

2. Щелочная

В 1-ой фазе кислого (водородного) брожения сложные органические вещества остатка и ила под действием внеклеточных и ___________ сначала гидролизуется до более простых. Белки – до пептидов и аминокислот. Жиры – до глицерина и жирных кислот. Углеводы – до простых сахаров.

Дальнейшее превращение этих веществ в клетках бактерий приводит к образованию конечных продуктов 1-ой фазы брожения, главным образом органических кислот. Более 90% образованных кислот составляет масленая, пропионовая и уксусная. Образуются и другие более простые органические вещества: альдегиды, спирты и неорганические вещества, аммиак, сероводород, диоксид углерода и водорода.

Кислую фазу осуществляют обычно сапрофиты, факультативные анаэробы типа молочнокислых, пропионовокислых бактерий и строгие анаэробы типа масленокислых,, ацетано-бутиловых, целлюлозных бактерий.

Большинство бактерий, ответственных за 1-ю фазу относятся к спорообразующим. Во 2-й фазе щелочного брожения в результате продуктов 1-ой фазы при переработке образовавшегося метана и Н₂СО₃ в результате жизнедеятельности метанобразующих бактерий – неспороносных аблигатных аэробов. Очень чувствительные к условиям окружающей среды. Изученные виды метанобразующих бактерий относятся к видам:

· Метанобактериум

· Метанококкус

· Метаносарцины

Особенность – строгая специфичность к используемому субстрату. Метанобактер-ум формир окисляет только молекулярный водород и муравьиную кислоту. Метанобактериум сибоксиданс используют более сложные соединения – валериановую, капроновую кислоты, бутиловый спирт. Однако в целом смешенная структура метанобразующих бактерий способны использовать все продукты кислот фазы брожения.

Метан образуется в результате восстановления углекислого газа или метильной группы уксусной кислоты.

4АН₂+СО₂ 4А+СН₄+2Н₂О

АН₂ – органическое вещество, служащее для метанобразующих бактерий донором водорода.

Обычно это жирные кислоты, кроме уксусной и спирты, кроме метилового.

Многие виды метанобразующих бактерий окисляют водород, образующийся в кислой среде:

4Н₂+СО₂ СН₄+2Н₂О+энергия

Микроорганизмы, использующие уксусную кислоту и метиловый спирт:

СН₃СООН СН₄+СО₂+энергия

2СН₃ОН СН₄+СО₂+2Н₂+энергия

Выделяющийся газ состоит в основном из метена и диоксида углерода. При нормальном процессе брожения водород может оставаться в газе в количестве 1-2%. Скорости протекания процессов 1-й и 2-й фазы одинаковы. _________ процесс, когда не происходит накопление продуктов 1-й фазы. Выделяющийся при распаде сероводород не попадает в _________, связывается ионами Fe²⁺ в FeS. Процесс сбраживания характеризуется качеством иловой воды и химическим составом сброженного осадка. Для нормально протекающего процесса характерна высокая щёлочность воды 65-90 мг-экв/л. Также низким содержанием житных кислот 5-12 мг-экв/и,, концентрация аммонийного азота 500-800мг/л. Реакция мало щелочная. Скорость процесса сбраживания зависит от температуры. При t=25°С длительность сбраживания составит 25-30дней. При t=10°С – 4 месяца. Для интенсивности применяют подогрев осадка до t=30-35°С. Это мезофильный процесс. При t=50-55°С – термофильный.

В зависимости от хим. состава осадка (жиры, белки, углеводы, вредные ядовитые вещества) в среднем выделяется 5-15 м³ газа с 1м³ осадка. Нарушение процесса может быть результатом перегрузки сооружений, изменение температурного режима поступлении с осадком токсичных веществ и др. Для нормального брожения осадка необходимо контролировать состав с.в., поступающих но ОС, т.к. могут поступать примеси произв. с.в.

Септики

Сооружениями для сбраживания являются септики, двухъярусные отстойники (эмшеры), метантенки. В септиках происходит одновременно и осветление воды. Септики применяются для предварительной обработки сброженного осадка стоков не более 25 м³/сутки. Септик представляет собой прямоугольный или круглый проточный резервуар, в котором при движении воды с небольшой скоростью происходит медленное выпадение взвешенных веществ. Выпадающий осадок находится 6-12 месяцев в септиках. Объём септиков д.б. очень большой, они имеют высокий эффект осветления воды. Но септики имеют и недостатки: вследствие непрерывного поступления свежих порций осадков распад происходит до образования жирных кислот без последнего превращения в СН₄ и СО₂. Мельчайшие пузырьки газа, поднимаясь наверх увлекают с собой иловые частицы, которые образуют на поверхности септика уплотнённую корку высотой 35-40 см (и до1м).

Под влиянием сероводорода происходит разрушение ж/б стен, поэтому область применения септика ограничена.

Септики бывают одно-, двух- и трёхкамерные. В 2-хкамерных при расчёте принимают объём первой камеры 0,75, второй – 0,25, а в 3-хкамерных – первая 0,5. Вместимость 2-й и 3-й составляет 0,25 от расчётной вместимости. Осадок выпадает периодически по 25%. Оставшаяся часть заражается анаэробными бактериями оставшегося ила.

Двухъярусные отстойники представляют собой сооружения цилиндрической или прямоугольной формы с коническим или пирамидальным днищем. Верхний ярус отделён от нижнего для того, чтобы не попадали гнилостные частицы. Верхний ярус представляет собой горизонтальный отстойник, где происходит осветление воды. В данной конструкции главными являются осадочные желоба. Выпадавший осадок сползает в щель шириной 0,15м. Скапливается и попадает в нижнюю часть отстойника. Устройство щели частично предотвращает заражение воды гнилостными бактериями. В нижней части идёт брожение. Глубина жёлоба 1,2-2м. При большей глубине нельзя устанавливать равномерное протекание воды по поперечному жёлобу.

 

Рис.20

Осадок созревает в течение 60-120 дней. Осадок должен удаляться под гидростатическим напором 1,5-1,8 м, считая от центра отверстия иловой трубы до уровня воды _____ трубы должно быть не менее 200мм.

 

 

Метантенки.

Метантенки представляют собой цилиндрический ж/б резервуар с коническим днищем и герметичным перекрытием. В верхней части имеется колпак для сбора газа, откуда газ отводится для дальнейшего использования. Осадок в метантенке подогревается и перемешивается. В зависимости от температуры выделяют 2 режима: мезофильный и термофильный. Большее распространение имеет последний. При термофильном режиме достигается полная дегельминтизация осадка. В мезофильном гибнет от 50-80% яиц гельминтов. Основным преимуществом мезофильного процесса является обеспечение теплом процесса. Термофильный требует дополнительного подогрева. Осадок, сброженный в термофильных условиях значительно труднее обезвоживается летом. В метантенк поступает как _______________. Общий объём бродящей массы практически не изменяется. ______ осадка возрастает, а сухое вещество в результате распада уменьшается. Зольность осадка возрастает на 40-45%. Эффективность работы метантенков оценивается по величине распада беззольного вещества. Выражается она в % от массы загруженного беззольного вещества.

Расчёт метантенков производят по СНиП по дозе загрязнений. Она является важнейшим технологическим параметром. Зависит от влажности, содержания СПАВ и др.

В процессе сбраживания выделяется газ, количество которого зависит от соотношения жиров, белков, углеводов.

Метантенки могут быть с неподвижным и подвижным перекрытием.

Метантенки получили широкое распространение за рубежом. Подогрев осадка может происходить с помощью пара или змеевиков. После отведения газа, он накапливается в газгольдерах.