Методы очистки сточных вод

     Для обезвоживания осадков сточных  вод и избыточного активного  ила наиболее эффективны непрерывнодействующие, осадительные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка. Преимущество этих центрифуг - высокая производительность при низком удельном расходе энергии и массе. Недостатки - невысокая степень сгущения осадка, а также быстрый износ шнека и ротора.

     Всесторонние  исследования  безреагентного центрифугирования осадков сточных вод и избыточного ила, показали возможность практического использования этого способа. Исследован новый способ обработки избыточного активного ила, включающий  центрифугирование суспензии активного ила, отбираемой из вторичных отстойников

     Использование центрифуг для механического  обезвоживания осадков первичных отстойников представляет собой один из перспективных способов, особенно при применении флокулянтов. Так же высокая степень сгущения твердой фазы может быть достигнута на тарельчатых сепараторах.

     Эффективность сгущения суспензии активного ила  с использованием сепараторов существенно зависит от предварительной термореагентной  обработки. Технологическая схема обезвоживания активного ила с предварительной термореагентной обработкой, уплотнением напорной флотацией и с последующим сгущением в центрифугах и сепараторах представляется перспективной и практичной.

     Для кондиционирования активного ила  и осадков первичных отстойников  и интенсификаций процесса сгущения можно использовать наряду с тепловой и реагентной обработкой и другие способы, например с добавлением золы,  в частности полученной от сжигания осадков сточных вод. Практический и научный интерес представляет флокуляционно-центробежный способ сгущения суспензий.

     Достаточно  прочные хлопья образуются в биосуспензиях, в том числе и в суспензии активного ила, при проведении комплексной обработки. Один из наиболее эффективных способов такой обработки - аэробная стабилизация суспензии активного ила с термореагентной обработкой. Следует отметить, что термореагентная обработка не только усиливает образование агрегатов частиц квазитвердой фазы биосуспензии, но и приводит к обезвреживанию получаемого в дальнейшем готового продукта, что весьма важно при использовании биомассы микроорганизмов в качестве кормовой добавки. Иногда высокий эффект флокуляции достигается только при аэробной  стабилизации и термообработки суспензии.

     После уплотнения (сгущения) дальнейшее обезвоживание  суспензии активного ила достигается выпариванием и сушкой или одной сушкой. Для сушки избыточного активного ила и осадков сточных вод можно рекомендовать распылительные сушилки, непрерывные сушилки струйного типа и сушилки с инертным псевдоожиженным носителем.

     Поскольку концентрированная иловая суспензия имеет высокую вязкость, перед сушкой ее целесообразно предварительно подогреть. Если же биомасса в дальнейшем будет использоваться в качестве кормовой добавки, то необходима тепловая обработка.

     Использование осадков сточных  вод и активного ила

     Утилизация  осадков сточных вод и избыточного  активного ила часто связана  с использованием их в сельском хозяйстве  в качестве удобрения, что обусловлено  достаточно большим содержанием в них биогенных элементов. Активный ил особенно богат азотом и фосфорным ангидридом, такими, как медь, молибден, цинк.

     В качестве удобрения можно использовать те осадки сточных вод и избыточный активный ил, которые предварительно были подвергнуты обработке, гарантирующей  последующую их незагниваемость, а  также гибель патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов.

     Наиболее  эффективным способом обезвоживания  отходов, образующихся при очистке  сточных вод, является термическая  сушка.  Перспективные технологические  способы обезвоживания осадков  и избыточного активного ила, включающие использование барабанных вакуум-фильтров, центрифуг, с последующей термической сушкой и одновременной грануляцией позволяют получать продукт в виде гранул, что обеспечивает получение незагнивающего и удобного для транспортировки, хранения и внесения в почву органоминерального удобрения, содержащего азот, фосфор, микроэлементы.

     Наряду  с достоинствами получаемого  на основе осадков сточных вод  и активного ила удобрения следует учитывать и возможные отрицательные последствия его применения, связанные с наличием в них вредных для растений веществ в частности ядов, химикатов, солей тяжелых металлов и т.п. В этих случаях необходимы строгий контроль содержания вредных  веществ в готовом продукте и определение годности использования его в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур.

     Извлечение  ионов тяжелых металлов и других вредных примесей из сточных вод  гарантирует, например, получение безвредной биомассы избыточного активного  ила, которую можно использовать в качестве кормовой добавки или  удобрения.В настоящее время известно достаточно много эффективных и достаточно простых в аппаратурном оформлении способов извлечения этих примесей из сточных вод. В связи с широким использованием осадка сточных вод и избыточного активного ила в качестве удобрения возникает необходимость в интенсивных исследованиях возможного влияния присутствующих в них токсичных веществ (в частности тяжелых металлов) на рост и накопление их в растениях и почве.

     Представляет  интерес практика использования  осадков сточных вод в ФРГ. По санитарным соображениям в ФРГ допускается использование в качестве удобрения только незагнивающих, стабилизированных осадков сточных вод, термически высушенных, компостированных и пастеризованных. В случае образования больших объемов осадков сточных вод, содержащих соли тяжелых металлов, из-за чего их нельзя использовать в качестве удобрения, по-видимому, целесообразно использовать другие пути утилизации, например, сжигание осадков.

     В ФРГ также предложен способ сжигания активного ила с получением заменителей нефти и каменного угля. Подсчитано, что при сжигании 350 тыс. т активного  ила можно получить топливо, эквивалентное 700 тыс. баррелей нефти и 175 тыс. т угля [1 баррель - 159 л.]

     Одним из преимуществ этого метода является то, что полученное топливо удобно хранить. В случае сжигания активного ила выделяемая энергия расходуется на производство пара, который немедленно используется, а при переработке ила в метан требуются дополнительные капитальные затраты на его хранение.

     Проведенные токсикологические исследования  показали возможность переработки сырых осадков и избыточного активного ила в цементном производстве.

     Ежегодный прирост биомассы активного ила  составляет насколько миллионов  тонн. В связи с этим возникает  необходимость в разработке таких  способов утилизации, которые позволяют расширить спектр применения активного ила. 
 
 

     Математическое  моделирование замкнутого водооборота целлюлозно-картонного комбината 

     Работа  посвящена разработке теоретических  основ замкнутой водоочистной системы  целлюлозно-картонного предприятия. Показано, что современное предприятие вырабатывающее целлюлозу, является динамической системой и состоит из двух тесно взаимосвязанных подсистем – технологической,  включающей различного рода аппараты, установки, агрегаты и оборудование, и системы водоснабжения [1]. Между обеими подсистемами существуют сложные и многообразные связи. Задача повышения эффективности систем замкнутого водоснабжения является комплексной проблемой и требует применения системных методов исследования [2].

          Построена функциональная схема  технологического процесса, от подготовки  древесины до получения товарного  продукта,   представленная, в  виде единой технологической  системы с декомпозицией по  горизонтали в совокупности взаимосвязанных  подсистем, что позволяет применить аппарат теории прогнозирования и оптимизации управляющих воздействий в целях создания эффективной и структурно оптимизированной системы замкнутого водоснабжения комбината [3].

          Переход от функциональной схемы  водного хозяйства к обобщенной операторной схеме производственного процесса с замкнутой системой водоснабжения и рекуперативной переработкой отходов, позволил осуществить на математической модели расчет многообразия параметров и характеристик замкнутой системы водоснабжения, с помощью которой реализуются эффективные меры совершенствования отдельных блоков и подсистем.

           Как видно из рис.1, для подпитки  свежей водой технологической  схемы водоснабжения предусмотрен  входной смеситель 9, который принимает  свежую воду от внешнего источника в количестве W₁₆ и смешивает ее с загрязненной технической водой, поступающей от производственного процесса 2 (ПП), образуя поток W₁₇ = W₁₆ + W₁₅, где W₁₅- массовый расход загрязненной технической воды.     Смешанный поток с выхода смесителя 9 подается на вход подсистемы очистных сооружений 10(ОС), откуда после очистки попадает на вход разделителя потоков 11. В блоке разделителя 11 поток W₁₈ в заданном отношении(ρ) распределяется между оборотным потоком W₁₉=рW₁₈ и потоком сброса части очищенной воды в природный водоем W₂₀=   , который можно рассматривать как выход системы водооборота. 

         Поток W₁₉ очищенной воды поступает в производственный процесс ПП (блок 2), где загрязняется. Обозначим через μ - количество обобщенного загрязняющего компонента, образующееся в единицу времени в оборотной воде в результате производственного процесса. В отличие от блока 2 (ПП), в котором генерируется загрязняющее вещество, блок 10 очистного сооружения (ОС) поглощает загрязняющий компонент со скоростью κ, т.е. снижает его содержание в потоке в (1) раз. 

     Рис.1. Расчетная схема замкнутого  контура  водооборота производственного  процесса, где: - 2, 9, 10, 11, замкнутый контур водооборота. 

     Таким образом, если индексом «1» обозначить вход блока ОС, а индексом «2» - его выход, то действие блока 10 (ОС) можно описать соотношением ₂ = κ ₁, где ₁, ₂ - скорость изменения массы загрязняющего компонента на входе 1 и выходе 2 блока 10 (ОС), соответственно.

          Замкнутая система водооборота,  операторная схема которой приведена  на рис. 1, рассматривается как  объект с внутренним рециклом.  Объект связан с окружающей  средой через массовые потоки  W₁₆ и W₂₀. Входом объекта является массовый расход свежей воды на подпитку W_вх=W₁₆; выходом объекта является массовый расход очищенной воды, сбрасываемой в природный водоем W₂₀=W_вых. В стационарных условиях W₁₆=W₂₀. Массовое содержание загрязняющего компонента в потоке W_i обозначим через М_i=C_iW_i.

     Запишем уравнение материального баланса  схемы водооборота относительно скорости изменения массы загрязняющего  компонента: = , которая для всего контура  схемы  имеет  вид:                                                                                                                                                                       = _вх- _вых+µ- _ос                                           (1)               Где µ-скорость генерации загрязняющего компонента в процессе производства;

       _ос= ₁- ₂; _вх - скорость изменения массы ингридиента в потоке W₁₆;

        _вых - скорость изменения массы ингридиента в потоке W₂₀;

     Масса ингредиента во всей замкнутой системе  водооборота:

                                               ,                  (2)

     где L - общая длина замкнутого контура водооборота; l-текущая линейная координата по длине контура; S(l) - площадь поперечного сечения контура на расстоянии l от точки отсчета м²; С(l,t) - концентрация ингридиента в момент t на расстоянии l от точки отсчета кг/м³.

           С учетом введенного интеграла  по замкнутому контуру,  уравнение  баланса по загрязняющему веществу (1) примет вид:

                                                                    (3)

               Преобразуя  правую часть уравнения (3), переходим от массовых расходов потоков W_i  к  объемным Q. Тогда можно записать:

                                                                       (4)                              

                                                  где  R = К^-1; К = ,                                              (5)                                                      

     где К - обобщенный эффект очистки системы в целом; k - эффект очистки блока (ОС); р –коэффициент разделения блока 11.

     Проведенный анализ определяет границы использования  полученных уравнений для вычисления концентрации солей в системе  замкнутого водооборота, а также для нахождения рационального режима очистки сточных вод.