Стабилизиране на утайки

В и КСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 7, 2014

Важен етап в процеса на преработка на отпадъчни води

B процеса на пречистване на отпадъчните води основните замърсяващи вещества се отделят във вид на утайки. Важен етап от тяхната обработка е стабилизирането, по време на което органичните вещества се разграждат, с оглед предпазване на околната среда от разпространяване на газове и зарази.

Суровите утайки могат да останат нетретирани, само ако впоследствие бъдат обработени в инсинератор за сурови утайки. Всички други методи изискват стабилизиране на утайките.

Основните цели на процеса на стабилизиране на утайките са намаляване на количеството утайки и твърди частици; подобряване на характеристиките на утайките след обезводняване; създаване на възможност за оползотворяване на биогаз, създаване на капацитет за съхранение на утайките за третиране.

В зависимост от крайните цели са необходими различни нива на стабилизиране на утайките. Така например стабилизирането не е задължително, когато утайките ще бъдат използвани в термични процеси или ще претърпят биологично преобразуване, освен ако транспортът, безопасността или опасенията от страна на операторите на съоръженията за евентуални зловонни газове не го налагат.

Оползотворяването им в селското стопанство (в течно или сухо състояние), както и употребата им в полутечно състояние върху земи, особено за озеленяване, изисква напълно стабилизирани утайки. Обезвреждането им в депа изисква обезводняване или сушене, както и частично до напълно стабилизирани утайки в зависимост от метода.
За биологичното стабилизиране на утайките се използват предимно два метода - аеробен и анаеробен.

Анаеробно стабилизиране
При този метод за стабилизиране на първични и вторични утайки обикновено се използват биореактори и открити изгниватели. Активният органичен товар и количеството утайки се намаляват посредством биологично разграждане на съдържанието на органичен материал в отсъствието на кислород.

Разграждането в биореактори се извършва при мезофилен (30-38 °C) или термофилен (49-57 °C) температурен режим и обикновено продължава 20-30 дни. Като страничен продукт се получава метан, който може да бъде използван за производството на енергия. Изгнилите утайки вече не отделят миризма, тъй като първоначално съдържащите се в тях органични вещества до голяма степен са разградени.

След анаеробно изгниване в биореактори органичното вещество на утайките намалява с 30-40% и при добре работещи съоръжения се очаква получаването на стабилизиран остатък след преминаване на утайката през биореакторите.

Голяма е вероятността този остатък да съдържа някои патогени, изискващи температури за тяхното обезвреждане много по-високи от тези в анаеробните изгниватели. При последващо оползотворяване на остатъка от утайките е задължително провеждането на пълен физико-химичен и микробиологичен анализ за доказване на тяхната годност при използването им в земеделието, рекултивация на терени или складиране.

Често пъти за обеззаразяване се прилага и допълнителна обработка с негасена вар, което увеличава себестойността на третиране на утайките чрез анаеробно изгниване.

Посредством различни мерки може да бъде постигнато по-добро разграждане на материала и по този начин да се намали обемът на утайките, както и да се получи по-голямо количество газ и по-малко шлака. Те също така влияят положително на по-нататъшното оползотворяване на утайките.

 Хомогенизирането на утайките увеличава вискозитета с до 40%, а химичното потребление на кислород (ХПК) със 130% и по този начин подобрява производството на газ с 10-30%, което на свой ред води до намаляване на нежеланите емисии на парникови газове. Също така се намаляват разходите за почистване на инсталациите от флокуланти и остатъци.

Непрекъснатото разбъркване на утайките се осъществява чрез помпи, хидроелеватори, пропелерни бъркалки и др. Сред предпочитаните методи е използването на пропелерни бъркалки, тъй като с тях се постигат оптимални резултати, а разходът на електроенергия е с пъти по-нисък в сравнение с характерния за хидроелеваторите например.

Все по-често се практикува и смесване на суровите с гниещите утайки, което се осъществява посредством газа, отделян от самия биореактор и събиран в купола му. Използват се няколко метода за смесване на утайките чрез метана. Сред доказалите своята ефективност е подаването на газова струя в основата на изгнивателя, при което възниква интензивен размесващ поток от центъра към периферията.

В изгнивателя газът се подава посредством дифузори или вертикални тръби. Следва да се има предвид обаче, че ефективността на този метод зависи до голяма степен от съотношението между диаметъра на изгнивателя и височината му. Обикновено в процеса на оразмеряване на устройствата, използвани за разбъркване на утайките, се цели прехвърлянето на цялата утайка в съоръжението да се осъществи в продължение на интервала от 5 до 10 часа.

Недопускане на температурни колебания
Температурата в биореактора не трябва да пада под 38 °C и трябва да се поддържа в постоянни граници. Осъществяването на допълнително, изкуствено затопляне на утайките осигурява ускорено протичане на процесите на минерализиране на органичните вещества. За целта се използват различни методи, които могат да се разделят в две основни групи - с директно и индиректно подгряване.

Методите за директно подгряване на утайките се основават на използването на прегрята пара или на топла вода, които се подават директно - вътре в самия изгнивател. В последните години, като резултат от постигането на много добри резултати, се отдава предпочитание на използването на нисконапорна пара (до 0,5 atm) с температура 110 оС, която се подава в утайкопровода за пресни утайки. Методът дава възможност за затопляне на малък обем за кратко време, поради което се приема като много подходящ и за пастьоризиране на утайките.

При индиректното подгряване се използва принципът на топлообмена. Характерно за индиректното подгряване е, че през затворена система, състояща се от топлообменник и нагревател, циркулира топлоносител (гореща пара или топла вода). Топлообменниците, които се използват за подгряване на утайките, са вътрешни и външни, в зависимост от разположението им спрямо биоректора.

Обикновено вътрешните топлообменници представляват серпентини от метални тръби, през които циркулира топла вода или пара с температура до 60 оС. Този вид топлообменници намират сравнително ограничено приложение, тъй като по време на работата им серпентината се покрива със слой от утайки, което значително влошава топлотехническите й характеристики.

От разнообразните конструкции външни топлообменници в практиката са се наложили предимно тръбните и спираловидните. Загряването на постъпващата или рециркулиращата утайка се осъществява при нейното преминаване през топлообменника. Все по-широко приложение намират спираловидните топлообменници, тъй като в сравнение с тръбните те имат по-добри топлотехнически показатели, както и около 10 пъти по-малка площ.

Химическа дезинтеграция
При този метод структурата на утайките се променя посредством химични процеси и така се улеснява биоразграждането. Химическата дезинтеграция включва главно предизвикване на утаяване с помощта на железни соли, което води до намаляване на фосфора и по този начин се подобрява обезводняването; използването на утаители на полимерна основа; добавянето на гасена вар за хигиенизиране на утайките и за стабилизиране на киселинната основа.

При последния метод суровите обезводнени утайки могат да се смесват с вар в количество, достатъчно за повишаване на рН над 12 и задържане при тези условия за 2 часа с цел поддържане на температура на сместа над 70 оC. Разходът на вар може да достигне до около 500 kg на тон сухо вещество в утайката. Вместо вар може да се използва по-евтин прах от филтрите на циментови пещи. След обработка с вар съдържанието на сухо вещество в утайките нараства до 37%.

Аеробно стабилизиране на утайките
При този метод на стабилизация микроорганизмите, които се съдържат в утайките, се стимулират посредством подавания кислород и почти цялата налична органична материя се превръща в минерални и хумусоподобни крайни продукти.

Стимулирането на активността на микроорганизмите и по-нататъшното стабилизиране се постигат в басейни, които се аерират по различен начин: центробежно аериране, въртящи се четки, вентилатори или други вентилационни съоръжения като например, мембранни дифузори.

За да се осъществи този тип стабилизиране на утайките, е необходимо да се приложи продължително аериране. При него органичните вещества се изчерпват и аеробните микроорганизми достигат стадия на самоокисление или ендогенно дишане. На аеробно стабилизиране се подлагат неуплътнени или уплътнени активни утайки, както и смесени с първичните утайки.

Върху нормалното протичане на процеса оказват влияние редица фактори, сред които продължителност и интензивност на аерирането, състав на утайката, както и температура и натоварване на стабилизатора с органични вещества.

Аеробното стабилизиране понася известни изменения в натоварването и киселинността (рН) на средата. Обикновено температурните граници, в които може да се осъществява, са от 8 до 35 оС. За нормално протичане на процеса обаче е добре да се отчете натоварването на 1 m3 от стабилизатора с органично вещество. Обикновено за активни утайки се препоръчва натоварване до 2 kg/(m3.d), а за смесени активни и първични - до 3-4 kg/(m3.d).

Продължителността на аериране се определя от вида на утайките. За неуплътнена активна утайка например е от 2 до 5 дни (d), за смесени утайки от първична утайка и уплътнена активна утайка този период е от 8 до 12 d (при 20 оС), а за утайките от производствени отпадъчни води продължителността на аерирането се определя експериментално.

Самото аериране би могло да се осъществи по пневматичен път или с турбинни плуващи аератори. Необходимата инсталирана мощност за аераторите е 25 W на 1 m3 утайки. Необходимата интензивност на аерирането е добре да бъде не по-малка от 6 m3/(m2.h). Разходът на въздух се определя в зависимост от концентрацията на утайката и обикновено се приема за около 1-2 m3/(m2.h). Средният разход на електроенергия е около 10 - 12 kWh за стабилизиране на 1 m3 утайки при средни температурни условия.

Съоръженията, които се използват за аеробно стабилизиране на утайките, са познати като стабилизатори и принадлежат към категорията на биобасейните. Обикновено се използват две технологични схеми с различни модификации - пълно окисляване, при което се осъществява продължително съвместно аериране на неутаената отпадъчна вода и утайките (без първичен утаител) и самостоятелното стабилизиране на утайките, при което могат да се стабилизират излишни активни утайки.

Утайковата вода, получена от уплътняване на аеробно стабилизирани утайки, се отвежда в биобасейните.
Аеробното стабилизиране е много подходящо за обработване на утайки от промишлени отпадъчни води поради сравнително лесното управление на процеса.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top