Введение

Процессы обработки и утилизации шлама во время очистки сточных вод Обработка сточных шлама описывает процессы, используемые для обработки и утилизации шлама, образующегося во время очистки сточных вод. Обработка шлама направлена на уменьшение веса и объема шлама для снижения затрат на транспортировку и утилизацию, а также на уменьшение потенциальных рисков для здоровья, связанных с вариантами утилизации. Удаление воды является основным средством уменьшения веса и объема, в то время как уничтожение патогенов часто достигается путем нагрева во время термофильного переваривания, компостирования или сжигания. Выбор метода обработки шлама зависит от объема образуемого шлама и сравнения затрат на обработку, необходимых для доступных вариантов утилизации. Сушка воздуха и компостирование могут быть привлекательными для сельских общин, в то время как ограниченная доступность земли может сделать аэробное переваривание и механическое обезвоживание предпочтительнее для городов, а экономия масштаба может способствовать альтернативным методам восстановления энергии в столичных районах. Грязь - это в основном вода с некоторыми количествами твердого материала, удаленного из жидких сточных вод. Первичный шлам включает в себя оседающие твердые вещества, удаленные во время первичной обработки в первичных очистителях. Вторичный шлам - это шлам, отделенный в вторичных очистителях, которые используются в биореакторах вторичной обработки или процессах с использованием неорганических окислительных агентов. В процессах интенсивной очистки сточных вод образующийся шлам необходимо постоянно удалять из жидкого водопровода, поскольку объемы резервуаров в жидком водопроводе недостаточны для хранения шлама. Это делается для того, чтобы процессы очистки были компактными и сбалансированными (производство ила примерно равно удалению ила). Осадочный шлам, выведенный из жидкого трубопровода, поступает в трубопроводы очистки шлама. Аэробные процессы (такие как процесс активированного ила) обычно производят больше ила по сравнению с анаэробными процессами. С другой стороны, при интенсивных (естественных) процессах очистки, таких как пруды и водно-болотные угодья, образующийся шлам остается накапливаться в очистных установках (жидкая линия) и удаляется только после нескольких лет эксплуатации. Варианты обработки ила зависят от количества образующихся твердых веществ и других условий, специфичных для участка. Компостирование чаще всего применяется к мелким растениям с аэробным перевариванием для средних операций и анаэробным перевариванием для крупномасштабных операций. Иногда в муке пропускают так называемый предварительный загуститель, который обезвоживает муку. Типы предварительных загустителей включают центрифужные загустители ила, загустители барабанного ила и ленточные фильтровые прессы. Обезводненный шлам может быть сжжен или транспортирован за пределы участка для захоронения на свалке или использования в качестве почвенного корректирующего средства для сельского хозяйства. Энергия может быть получена из ила путем производства метанового газа при анаэробном переваривании или путем сжигания сухого ила, но энергоэффективности часто недостаточно для испарения содержания воды в ила или для питания вентиляторов, насосов или центрифуг, необходимых для обезвоживания. Грубые первичные твердые вещества и вторичный осадок могут включать токсичные химические вещества, удаленные из жидких сточных вод путем сорбции на твердые частицы в осадочном осадочном материале. Уменьшение объема ила может увеличить концентрацию некоторых из этих токсичных химических веществ в ила. Термин "биосолиды" был введен Федерацией водного окружающего среды в США в 1998 году.

Процессы обработки

Осадочные отходы, накопленные в процессе очистки сточных вод, должны быть обработаны и утилизированы безопасным и эффективным способом. На многих крупных заводах объем сырого шлама уменьшается в результате процесса переваривания.

Удешевление

Удельный вес углеводов в углеводородных отходах Грязь из первичных или вторичных очистителей может быть перемешивается (часто после добавления очистительных агентов) для образования более крупных, более быстро оседающих агрегатов. Первичный шлам может быть сгущен до 8 или 10 процентов твердых веществ, в то время как вторичный шлам может быть сгущен до 4 процентов твердых веществ. Угустители часто напоминают очиститель с добавлением механизма перемешивания. Уплотненный шлам с содержанием твердых веществ менее 10% может подвергаться дополнительной обработке, в то время как перелив жидкого загустителя возвращается в процесс очистки сточных вод.

Обезвоживание

Содержание воды в шламе может быть уменьшено путем центрифугирования, фильтрации и/или испарения для снижения транспортных расходов на удаление или для улучшения пригодности для компостирования. Центрифугирование может быть предварительным шагом для уменьшения объема шлама для последующей фильтрации или испарения. Фильтрация может происходить через подсточные каналы в пескосушильном слое или в виде отдельного механического процесса в фильтровальном прессе. Фильтрат и центрит обычно возвращаются в процесс очистки сточных вод. После обезвоживания осадок можно обрабатывать в виде твердого вещества, содержащего от 50 до 75 процентов воды. Обезвоженные шламы с более высоким содержанием влаги обычно обрабатываются в виде жидкости.

Пищеварение

Многие шламы обрабатываются с использованием различных методов переваривания, цель которых - уменьшить количество органического вещества и количество болезнетворных микроорганизмов, присутствующих в твердых веществах. Наиболее распространенные варианты лечения включают анаэробное пищеварение, аэробное пищеварение и компостирование. Переработка шлама обеспечивает значительные экономические преимущества, сокращая количество шлама почти на 50% и обеспечивая биогаз в качестве ценного источника энергии. Цель переваривания - уменьшить количество органического вещества и количество болезнетворных микроорганизмов, присутствующих в твердых веществах. Этот процесс часто оптимизируется для получения метана, который может использоваться в качестве топлива для обеспечения энергией для питания электростанции или для продажи.

Анаэробная пищеварение

Анаэробное пищеварение - это бактериальный процесс, который осуществляется в отсутствие кислорода. Процесс может быть либо термофильной перевариванием, в котором осадок ферментируется в резервуарах при температуре 55 °C, либо мезофильной, при температуре около 36 °C. Хотя термофильная переработка позволяет сократить время хранения (и, следовательно, меньше емкостей), она более дорогая с точки зрения потребления энергии для нагрева ила. Мезофильная анаэробная переработка (MAD) также является распространенным методом обработки шлама, образующегося на очистных сооружениях. Осадочный шлам подается в большие резервуары и сохраняется в течение как минимум 12 дней, чтобы процесс переваривания мог выполнить четыре этапа, необходимые для переваривания осадочного шлама. Это гидролиз, кислотогенез, ацетогенез и метаногенез. В этом процессе сложные белки и сахара расщепляются и образуют более простые соединения, такие как вода, углекислый газ и метан. Анаэробная переработка генерирует биогаз с высокой долей метана, который может использоваться как для нагрева резервуара, так и для запуска двигателей или микротурбин для других процессов на месте. Появление метана является ключевым преимуществом анаэробного процесса. Его главным недостатком является длительное время, необходимое для процесса (до 30 дней) и высокая стоимость капитала. Многие крупные предприятия используют биогаз для комбинированного производства тепла и электроэнергии, используя охлаждающую воду от генераторов для поддержания температуры завода по перевариванию на требуемой 35 ± 3 °C. Таким образом, можно получить достаточно энергии, чтобы производить больше электричества, чем требуется машинам. Установка по очистке шламов (T PARK) может обеспечивать электроэнергией собственную эксплуатацию и даже общественную энергосистему Гонконга, используя тепло, генерируемое в процессе сжигания шламов.

Аэробная пищеварение

Аэробное переваривание - это бактериальный процесс, происходящий в присутствии кислорода, напоминающий продолжение процесса активированного ила. В условиях аэробной жизни бактерии быстро поглощают органические вещества и превращают их в углекислый газ. Когда органических веществ не хватает, бактерии умирают и используются другими бактериями в качестве пищи. Эта стадия процесса известна как эндогенное дыхание. На этой фазе происходит уменьшение твердых веществ. Поскольку аэробное пищеварение происходит намного быстрее, чем анаэробное, капитальные затраты на аэробное пищеварение ниже. Однако эксплуатационные расходы, как правило, намного выше для аэробного переваривания из-за энергии, используемой вентиляторами, насосами и двигателями, необходимыми для добавления кислорода в процесс. Однако недавние технологические достижения включают в себя неэлектрические аэрируемые фильтровые системы, которые используют естественные воздушные потоки для аэрации вместо электрически управляемых машин. Аэробное переваривание также может быть достигнуто с помощью диффузорных систем или струистых аэраторов для окисления шлама. Диффузоры с тонкими пузырями, как правило, являются более экономичным методом диффузии, однако, заглушение обычно является проблемой из-за осаждения осадков в небольших воздушных отверстиях. Грубые диффузоры с пузырьками чаще используются в резервуарах с активированным шламом или на стадиях флокуляции. Ключевой компонент при выборе типа диффузора - обеспечить его необходимую скорость передачи кислорода.

Технологии обработки побочного потока

Технологии очистки шлака, используемые для утолщения или обезвоживания шлама, имеют два продукта: утолщенный или обезвоженный шлам и жидкую фракцию, которая называется жидкостью для очистки шлама, потоками обезвоживания шлама, ликёрами, центрифатом (если он поступает из центрифуги), фильтратом (если он поступает из фильтрационного пресса) или аналогичным. Эта жидкость требует дальнейшей обработки, так как она содержит большое количество азота и фосфора, особенно если шлам был анаэробным способом переварит. Очистка может проводиться на самой очистной установке (переработка жидкости до начала процесса очистки) или в качестве отдельного процесса.

Восстановление фосфора

Один из методов обработки потоков обезвоживания шлама - это использование процесса, который также используется для восстановления фосфора. Еще одним преимуществом для операторов очистных сооружений очистки потоков обезвоживания шлама для восстановления фосфора является то, что это уменьшает образование обструктивных струвитовых шелков в трубах, насосах и клапанах. Такие препятствия могут быть проблемой для технического обслуживания, особенно для установок биологического удаления питательных веществ, где содержание фосфора в сточных водах повышено. Например, канадская компания Ostara Nutrient Recovery Technologies продает процесс, основанный на контролируемом химическом осаждении фосфора в реакторе с жидкостным слоем, который восстанавливает струвит в виде кристаллических гранул из потоков обезвоживания шлама. Полученный кристаллический продукт продается в сельском хозяйстве, в секторе газонов и декоративных растений в качестве удобрения под зарегистрированным торговым названием "Crystal Green".

Компостирование

Компостирование - это аэробный процесс смешивания осадков с сельскохозяйственными субпродуктами, источниками углерода, такими как пиловая пыль, солома или древесные щепки. При наличии кислорода бактерии, переваривающие как грязь сточных вод, так и растительный материал, генерируют тепло, чтобы убить болезнетворные микроорганизмы и паразиты. Для поддержания аэробных условий с 10-процентным до 15 - процентным содержанием кислорода требуются средства, позволяющие воздуху циркулировать через мелкие твердые частицы ила. Жесткие материалы, такие как кукурузные косточки, ореховые скорлупы, измельченные отходы от обрезки деревьев или кора из деревообрабатывающих или бумажных фабрик, лучше отделяют шлам для вентиляции, чем более мягкие листья и отрезки газона. Легкие, биологически инертные насыпи, такие как измельченные шины, могут использоваться для обеспечения структуры, где небольшие, мягкие растительные материалы являются основным источником углерода. Однородное распределение температур уничтожения патогенов может быть облегчено путем размещения изоляционного покрытия из ранее компостированного ила над газированными компостирующими сваями. Начальное содержание влаги в компостирующей смеси должно составлять около 50%; но температура может быть недостаточной для уменьшения возбудителей болезней, когда влажный шлам или осадки повышают содержание влаги в компосте выше 60%. Компостирующие смеси могут быть набиты на бетонные подложки с встроенными воздуховодами, которые должны быть покрыты слоем не смешанных насыпи. Запахи можно свести к минимуму, используя воздухопроницаемый вентилятор, пропускающий вакуум через компостирующий кусок через нижние каналы и вытягивающий через фильтрующий кусок ранее компостированного ила, который должен быть заменен, когда содержание влаги достигает 70 процентов. Жидкость, накапливающаяся в подсолнечном канализационном трубопроводе, может быть возвращена в очистную установку сточных вод; и компостирующие подушечки могут быть покрыты крышей для обеспечения лучшего контроля содержания влаги.

Сжигание

Сжигание также используется, хотя и в гораздо меньшей степени. Сжигание шлама менее распространено из-за опасений по поводу выбросов в атмосферу и дополнительного топлива (обычно природного газа или мазута), необходимого для сжигания шлама с низкой тепловой ценностью и испарения остаточной воды. На основе сухих твердых веществ топливная ценность шлама варьируется от непереварившегося сточных вод до переварившегося первичного шлама. Степные многоочаговые печи с большим временем пребывания и печи с флюидизированным слоем являются наиболее распространенными системами, используемыми для сжигания сточных вод. Совместное сжигание бытовых отходов в энергетические установки иногда производится, этот вариант является менее дорогим, если предположить, что уже существуют средства для твердых отходов и нет необходимости в вспомогательном топливе.

Новые технологии

Восстановлению фосфора из сточных вод или потоков, используемых для обезвоживания, уделяется все большее внимание, особенно в Швеции, Германии и Канаде, поскольку фосфор является ограниченным ресурсом (концепция, также известная как "пик фосфора") и необходим в качестве удобрения для питания растущего мирового населения. Методы восстановления фосфора из сточных вод или шлама могут быть классифицированы по происхождению используемого материала (отходные воды, шламовая жидкость, переварившийся или непереварившийся шлам, пепел) или по типу процессов восстановления (осадки, влажная химическая экстракция и осадки, термическая обработка). Omni Processor - это процесс, который был разработан в 2015 году и обрабатывает шламы сточных вод. Он может генерировать избыток электрической энергии, если входные материалы имеют правильный уровень сухости. Термическая деполимеризация приводит к получению легких углеводородов из ила, нагретого до 250 °C и сжатого до 40 МПа. Термический гидролиз - это двухэтапный процесс, сочетающий высокодавленное кипение ила, сопровождаемое быстрым декомпрессией. Это комбинированное действие стерилизует шлам и делает его более биоразлагаемым, что улучшает эффективность пищеварения. Стерилизация уничтожает патогенные микроорганизмы в шламе, в результате чего он превышает строгие требования к применению в сельском хозяйстве. Системы термического гидролиза работают на очистных сооружениях в Европе, Китае и Северной Америке и могут генерировать электричество, а также высококачественный шлам. Недавно было предложено использовать экологически чистый подход, такой как фиторемедиация, как ценный инструмент для улучшения состояния осадков, загрязненных микроэлементами и стойкими органическими загрязнителями.

Нью-Йорк, США

Очищающийся от сточных вод шлам можно перегреть и превратить в гранулированные гранулы с высоким содержанием азота и других органических материалов. Например, в Нью-Йорке на нескольких очистных сооружениях имеются очистные сооружения, в которых используются большие центрифуги, а также добавляются химические вещества, такие как полимер, для дальнейшего удаления жидкости из ила. Остаток продукта называется "пирожком", и его собирают компании, которые превращают его в гранулы для удобрений. Этот продукт, также называемый биологическим твердым веществом, затем продается местным фермерам и газонокосильным фермам в качестве удобрения или удобрения для почвы, что уменьшает количество места, необходимое для утилизации шлама на свалках.

Южная Калифорния, США

В очень больших мегаполисах южной Калифорнии внутренние общины возвращают сточные воды в канализационную систему общин на более низких высотах для переработки на нескольких очень больших очистных сооружениях на побережье Тихого океана. Это позволяет уменьшить требуемый размер канализационных канализационных каналов и позволяет производить локальную переработку очищенных сточных вод при сохранении экономичности одного объекта обработки шлама и является примером того, как шлам может помочь решить энергетический кризис.