2.1 Теоретические основы и характеристики осадков

Сточные воды, поступающие на предприятия по их очистке, содержат весьма разнообразные по составу загрязнения минерального (песок, глинистые частицы, масла, кислоты, щелочи, соли и т. п.), органического (бытовые отходы, фекалии, растительные масла, нефтепродукты, волос, волокна растений и т. п.) и бактериального (микроорганизмы, дрожжевые и плесневые грибы, водоросли и т.п.) происхождения в виде растворов, коллоидов, плавающих и взвешенных веществ [2].

Осадки сточных вод-- суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической и биологической очистки. В зависимости от типа сооружений, применяемых для очистки городских сточных вод и обработки осадков, последние можно подразделять на следующие виды: грубые примеси (отбросы), задерживаемые решетками; тяжелые примеси (песок), задерживаемые песколовками; плавающие примеси (жировые вещества), всплывающие в отстойниках; сырой осадок -- суспензия, включающая в основном оседающие взвешенные вещества, которые задерживаются первичными отстойниками; активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках, -- комплекс микроорганизмов коллоидного типа с адсорбированными и частично окисленными загрязнениями, извлеченными из сточных вод в процессе биологической очистки; осадок, анаэробно сброженный в осветлителях-перегнивателях, двухъярусных отстойниках и метантенках (анаэробному сбраживанию может подвергаться осадок, содержащий органические вещества, либо его смесь с избыточным активным илом); аэробно стабилизированный активный ил или его смесь с осадком из первичных отстойников в сооружениях типа аэротенков; сгущенный или уплотненный активный ил или осадок в сгустителях или уплотнителях; осадок обезвоженный на механических аппаратах; осадок, подсушенный на иловых площадках; осадок, термически высушенный в различных сушилках.

Состав и свойства осадков, в первую очередь, зависят от вида и состава исходной сточной воды и технологии ее очистки [3].

Общий объем осадков, как правило, не превышает 1% объема обрабатываемых стоков, при этом на долю активного ила приходится 60 - 70 % образующихся осадков.

Осадок из первичных отстойников крайне неоднороден по фракционному составу:

содержание в нем частиц крупностью более 7--10 мм составляет 5--20%, крупностью 1 - 7 мм - 9 - 33 %, крупностью менее 1 мм - 50 - 88 % массы сухого вещества. Осадок имеет влажность 92 - 96%, слабокислую реакцию среды, в значительной степени насыщен микроорганизмами (в том числе патогенными), содержит яйца гельминтов.

Активный ил по фракционному составу значительно однороднее осадка первичных отстойников; около 98% (по массе) частиц ила имеют размер менее

1 мм. Влажность активного ила в зависимости от принятой схемы обработки составляет 96 - 99,5 %. Хлопья ила, состоящие из большого числа многослойно расположенных микробиальных клеток, заключенных в слизь, обладают очень развитой удельной площадью поверхности, составляющей около 100 м² на 1 г сухого вещества. Так же как осадок, ил может быть заражен яйцами гельминтов [4].

Твердая фаза осадков городских сточных вод состоит из органических и минеральных веществ. Органическая, или беззольная, часть в осадке из первичных отстойников составляет 65 - 75 % массы сухого вещества, в иле -- 70 - 75 %. Соответственно зольность осадка колеблется от 25 до 35 %, ила -- от 25 до 30%.

Основными компонентами беззольной части осадка и ила являются белково-, жиро-, углеводоподобные вещества, в сумме составляющие 80 - 85 %. Остальные 15 - 20% приходятся на долю лигнино-гумусового комплекса соединений. Количественные соотношения отдельных компонентов в осадке и иле различны. Если в беззольном веществе осадка преобладают жироподобные вещества и углеводы, то в активном иле значительную часть органического вещества составляют белки.

Осадки сточных вод содержат ценные удобрительные вещества (азот, фосфор, калий, микроэлементы) и могут быть использованы в качестве удобрения.

Исследования, проведенные АКХ, показали, что активный ил может быть использован в качестве кормовой добавки к рациону сельскохозяйственных животных. Питательная ценность активного ила обусловлена высоким содержанием белка и витаминов. Ил городских очистных станций содержит почти все витамины группы В и особенно много витамина В₁₂ [5].

Вода в осадках может быть в свободном и связанном состоянии. Свободная вода (60 - 65 %) может быть легко удалена из осадка. Коллоидно-связанная влага обволакивает твердые частицы гидратной оболочкой и препятствует их соединению в крупные агрегаты. Некоторое количество этой влаги удаляется из осадка после коагуляции в процессе фильтрования.

На способность осадков отдавать воду влияет ряд факторов: влажность, степень дисперсности частиц твердой фазы, структура осадка и его химический состав.

Обобщающим показателем, характеризующим способность осадков к водоотдаче (фильтруемость осадка), является удельное сопротивление фильтрации -- сопротивление, оказываемое потоку фильтрата, равномерным слоем осадка, масса которого на единице площади фильтра равна единице. Чем выше удельное сопротивление, тем труднее отдает воду осадок. Активный ил имеет значительно большее сопротивление фильтрации, чем сырой осадок. Связано это с тем, что в иле много коллоидных веществ и основную массу составляют очень мелкие частицы. Удельное сопротивление фильтрации служит исходной величиной при выборе метода обезвоживания осадка.

Коагулянты с положительно заряженными ионам и нейтрализуют отрицательный заряд частиц осадка. После этого отдельные твердые частицы освобождаются от гидратной оболочки и соединяются вместе в хлопья. Разрушить гидратную оболочку можно кратковременной термической обработкой. Освобожденная вода легче отфильтровывается. Полное удаление влаги достигается в процессе высокотемпературной сушки [6].