Осадки сточных вод: Виды и характеристики осадков сточных вод | C.O.K. archive

Содержание

Виды и характеристики осадков сточных вод | C.O.K. archive | 2019

Осадки городских сточных вод

Осадки городских сточных вод выделяются в решётках, песколовках, первичных и вторичных отстойниках и являются продуктом человеческой деятельности (в том числе фекалии). В состав осадков бытовых сточных вод входят грубые примеси (отбросы), задерживаемые решётками, минеральные примеси, задерживаемые песколовками, плавающие примеси (жировые вещества), всплывающие в жироловках и отстойниках. Активный ил, прирастающий в аэротенках и задерживаемый во вторичных отстойниках, используется для биологической очистки сточных вод биоценозом микроорганизмов. Для очистных установок малой производительности, ориентированных на использование биоценоза прикреплённых микроорганизмов, соотношение между биомассой прирастающих гидробионтов и биомассой анаэробных микроорганизмов меняется в пользу последних и их продукции: биогаза и биоудобрений.

Часто можно слышать, что осадки сточных вод городов и отходы промышленности опасно использовать в качестве органоминеральных удобрений для подкормки садовой и огородной почвы, так как в коттеджах выращиваются овощи, фрукты и различные продуценты.

В то же время известно, что человеку необходимо получать с пищей соединения железа — важного компонента человеческой крови, а также кальция, магния, йода. Белок не может образовываться без азота, фосфора и других элементов. Работа В. И. Дмитриевой [1] по изучению влияния осадков сточных вод на удобрительные свойства почвы доказала, что внесение осадков сточных вод значительно уменьшает плотность почвы, увеличивает нейтрализующую её способность, способствует увеличению плодородия почвы и достижению прироста сельскохозяйственных культур.

Безусловно, имеются величины предельно допустимых концентраций (ПДК), которые ограничивают содержание химических элементов в почве и превышение которых приводит к токсичности продукции полей и садов. В то же время компоненты осадков сточных вод обеспечивают увеличение биогенных элементов, дают увеличение в них сырого протеина. Осадки сточных вод полезны для зерновых культур, поскольку они увеличивают урожайность и после биогенеза у культивируемого растения не попадают непосредственно в пищу человека.

Многое зависит от типа почвы, куда вносится осадок. Менее полезны осадки для чернозёмов, но важны для подзолистых почв. Также для свойств осадков сточных вод имеет важное значение: их соотношения по влажности и воздействию на экологию территории — запах, наличие вирусов, болезнетворных бактерий и паразитов; величина транспортных расходов и внешний вид транспорта для вывоза осадков на поля и в сады.

По статистическим данным, в составе осадков сточных вод городского комплектования органические вещества на 80–85% представлены белками, жирами и углеводами. При этом доля белков составляет примерно 25%, жиров — около 30%, углеводы — 25%. При распаде компонентов осадков биогаз на 60–65% образуется из жиров, а 40–35% — из белков и углеводов. Беззольное вещество осадков распадается на 25–50%, и количество сухого вещества снижается на 30%, увеличивая его зольность до 28–33% с исходной величины не более 20%.

Ионный состав осадков городских сточных вод варьируется в широких пределах и зависит от наличия промышленных предприятий и эффективности работы их систем водоотведения с локальной очисткой перед сбросом в городскую канализационную сеть.

Отходы птицеферм и прочих животноводческих комплексов

На птицефермах используется подстилка, состоящая из опилок и различных видов растительных остатков после сбора урожая зерновых (прежде всего соломы).

Растительные отходы, насыщенные фекалиями птиц (куриц, гусей, уток и прочих видов искусственно выращиваемых пернатых), через некоторое время выдержки в анаэробных условиях начинают гнить, издавая сильный запах.

В районе Большого Сочи, богатом растительностью, в том числе сорной дикорастущей (например, ежевика), её обрезка и измельчение может обеспечивать птицеводческие комплексы подстилкой из растительных отходов. Почему имеется много сорных растений? Да потому, что атмосферные осадки в регионе периодичны и сезонны, и в периоды отсутствия дождей растения отмирают, и их обрезка даёт после измельчения те отходы, которые годятся в качестве подстилки.

В этом состоит специфика формирования материала для подстилки в регионе Большого Сочи.

Специфика климата территории Большого Сочи определяет и большую потребность в органоминеральных удобрениях для садов, огородов, клумб, цветников. Солнце и дождь сжигают и вымывают плодородный слой почвы, поэтому нужна ежегодная подкормка органоминеральными удобрениями. А их можно производить, перерабатывая все виды отходов населения (осадки сточных вод, твёрдые бытовые отходы, отходы птицекомбинатов, предприятий рыбопереработки, мясокомбинатов, молокозаводов) в данный вид удобрений.

Количество отходов на птицеводческих комплексах, безусловно, зависит от численности выращиваемых пернатых и норм расходования пищи для их выращивания (до кондиции), в зависимости от усвояемости пищи животными.

При слое подстилки не менее 5 см потребность в подстилке на один птичник стандартными размерами 100×18 м составляет 90 м³ в неделю или не менее 12 м³/сут. на один птичник, а их на Адлерской птицефабрике 16 штук. Поэтому суточная потребность в подстилке составляет не менее 150 м³. Отсюда получается равное количество отходов, загрязнённых фекалиями птиц и нуждающихся в переработке в органоминеральное удобрение.

Количество птицеводческих предприятий диктуется потребностью населения и гостей Большого Сочи в яйцах и мясе птиц. Поэтому всё взаимосвязано: численность населения и отдыхающих, поступление от них осадков сточных вод (ТБО), потребность в птицекомбинатах и количестве отходов от них, не исключая продукцию из других регионов.

В силу этой взаимной связи можно по численности людей установить возможное количество биоразлагаемых отходов, которые можно превратить в органоминеральные удобрения, в биогаз и пустить на корм животным, а также оценить возможные затраты на переработку для поддержания окружающей среды на благоприятном для жизни людей уровне с учё- том климата территории (температуры, количества выпадающих атмосферных осадков и т. д.).

Биоразлагаемые органические компоненты отходов

Как известно, «твёрдые бытовые отходы» (ТБО) или «твёрдые коммунальные отходы» (ТКО) включают в себя такие компоненты, как бумага, пищевые отходы, пластмасса, древесина или её составляющие (например, листва, обрезки побегов, ветки, сучья, цветки, опавшие или срезанные), стеклянные и металлосодержащие изделия.

Все составляющие ТКО подлежат утилизации, но в разные сферы использования. Это может быть удобрение в почву, в компоненты пластмассовых изделий, в бетон для дорожного или жилищного строительства. Норма расхода ТБО — 1,5 м³/год (на одного жителя) с объёмным весом около 200 кг/м³. В состав ТБО входят: пищевые отходы (до 40%), бумага (до 25%), пластмасса (около 8% веса), дерево (до 2%) и металлы (около 5%). Наиболее просто разделить компоненты ТКО на две составляющие: органические вещества, пригодные к использованию при производстве удобрений (пищевые отходы, бумага, картон) с объёмным весом 200 кг/м³, и компоненты (пластмасса, стекло, металл), использование которых возможно в строительных изделиях (бетонных блоках, тротуарной плитке, в дорожном покрытии).

Владельцы индивидуального жилья, особенно в ЮФО, всегда нуждаются в органоминеральном удобрении, которое они могут получить из компонентов собственных бытовых отходов. Нужно только измельчить эти компоненты и смешать с садовой почвой в устройствах типа растворомешалки, и через два-четыре месяца усилиями земляных червей будет получена плодородная почва — так называемая «вермикультура». Нужно только отвести под участок вермикомпостирования несколько квадратных метров огорода и ухаживать за ними, то есть своевременно поливать почву для поддержания необходимой влажности и рыхлить её верхний слой для доступа воздуха, необходимого червям.

Переработка осадков

При работе сооружений очистки сточных вод образуются осадки различного вида, содержащие органические и минеральные компоненты. Обращение с этими осадками требует существенных технологических усилий и немалых затрат на строительно-монтажные работы. Это образует существенную статью затрат в эксплуатации действующих станций очистки сточных вод и приносит массу проблем как персоналу и владельцам самой станций, так и жителям в её окрестностях.

Имитация решения проблемы осадков на этапе проектирования очистных станций приводит к тому, что такие проекты выигрывают тендеры (конкурсные отборы) за счёт снижения стоимости строительства и оборудования, а все проблемы остаются «на потом». Свидетельство этому — огромные площади, занятые осадками на работающих канализационных очистных сооружениях (КОС), и значительные затраты на их вывоз и захоронение, которые затем закладываются в тарифы для населения и не способствуют улучшению экологической ситуации.

Поэтому при выборе проекта станции очистки самое серьёзное внимание надлежит уделять предложенному решению проблемы осадков.

Характеристика осадков и их количество

Осадки очистных сооружений подразделяются на первичные — отбросы с решёток, песок из песколовок, сырой осадок из первичных отстойников, и вторичные — избыточный активный ил из аэротенков или биоплёнка из биофильтров. К вторичным осадкам также относятся осадки из аэробных стабилизаторов и осадки, сброженные в анаэробных условиях.

Отбросы представляют из себя грубодисперсные примеси, выделенные из воды на сооружениях механической очистки, то есть решётках или тому подобных устройствах, с размером частиц бóльшим, чем пропускают эти устройства (у современных решёток прозор обычно составляет от 2 до 10 мм).

Оценочная норма вносимых от одного жителя крупноразмерных загрязнений, по данным МГУП «Мосводоканал», составляет порядка 20 г/чел. в сутки. Для сооружений на Q_сут = 500 м³/сут. и при кратно большем расходе (до 50 тыс. м³/сут.) целесообразно задействование биореакторов с прикреплёнными на ершах микроорганизмами, при этом расчётное количество жителей составляет 2000 человек для Q_сут = 500 м³/сут. Таким образом образуется 40 кг отбросов в сутки (по сухому весу, во влажном состоянии — приблизительно 65 кг).

Наряду с пластиком, резиной, текстилем отбросы содержат большое количество органических отходов — остатков пищи, которые при хранении загнивают. Песок с песколовок — нерастворимые минеральные примеси размером от 0,1 до 5 мм.

Песок из песколовок обычно содержит значительное количество органики и является опасным с санитарной точки зрения, что ограничивает его применение. Количество органики определяется зольностью осадка. Зольность на обычных песколовках колеблется от 60 до 80%, у лучших конструкций со встроенными промывателями песка она достигает 97%. Расчётное количество песка принимается равным 0,03 л/чел. в сутки (для сооружений на 500 м³–60 л/сут.).

Сырой осадок из первичных отстойников представляет из себя студенистую, вязкую субстанцию, органические вещества в нём составляют около 80% и быстро загнивают, издавая неприятный запах. Влажность осадка в пределах 93–95%. Количество взвешенных веществ согласно СНиП принимается 65 г/чел. в сутки по сухому веществу, количество взвешенных веществ, уловленных отстойниками, в пределах 40–60%. Для сооружений на 500 м³ это составляет около 1,3 м³ сырого осадка в сутки, после обезвоживания получается 0,312 м³ обезвоженного осадка влажностью 75%.

Избыточный активный ил из аэротенков представляет из себя биоценоз микроорганизмов и простейших, он обладает свойством самофлокуляции.

Структура активного ила представляет хлопьевидную массу бурого цвета. В свежем виде ил почти не имеет запаха, но загнивая издаёт специфический гнилостный запах. Активный ил аэротенков отличается высокой влажностью — 99,2–99,7% и высоким удельным сопротивлением фильтрации.

Согласно СНиП [2], количество избыточного активного ила в сутки определяется по следующей формуле:

P_i = 0,8C_cdp + 0,3L_en,

где P_i — прирост активного ила, мг/л; C_cdp — концентрация взвешенных частиц в воде, поступающей в аэротенк, мг/л; L_en — биохимическое потребление кислорода (БПК) сточной водой, поступающей в аэротенк, мг/л.

Для сооружений на 500 м³/сут. это составит 76 кг/сут. по сухому веществу или 9,6 м³ уплотнённого ила влажностью 99,2% или 0,38 м³ обезвоженного ила влажностью 80%.

В сооружениях без первичных отстойников с УФС на входе получается 118,9 кг/ сут. по сухому веществу, то есть 14,9 м³ уплотнённого осадка.

Биоплёнка после биофильтров обводнена меньше — её влажность составляет в среднем 96%. В инновационных погружных биофильтрах (биороторах) с ершовой насадкой, сконструированных профессором Н. И. Куликовым, суточный прирост биоплёнки определяется:

P_i= 0,5C_cdp + 0,1L_en,

что для сооружений на 500 м³/сут. даёт 40,1 кг/сут. по сухому веществу, 1,01 м³ уплотнённого осадка с влажностью 96% и 0,162 м³ обезвоженного осадка влажностью 75%. Как видно, это более чем вдвое меньше. Кроме того, в этом случае осадок имеет существенно бóльшую зольность и меньшую склонность к загниванию, он вполне может быть использован в качестве корма для рыб, а также птиц и других домашних животных.

Для сооружений, в которых не предусмотрено механическое обезвоживание осадков, они обезвоживаются на иловых площадках, имеющих потребную площадь 2 м³/м² в год, что для сооружений на 500 м³/сут. даёт суммарно

14,9/(2×365) = 2719,25 м².

Либо нужно вывозить по 15 м³ ила на утилизацию ежедневно. Однако — за чей счёт?

Бактериальная заселённость осадков

Бактериальная заселённость осадков на порядок выше, чем сточных вод. Осадки бытовых стоков содержат большое количество яиц гельминтов.

Утилизация осадков — Мосводоканал

В процессе очистки городских сточных вод на московских очистных сооружениях ежегодно образуется около 9 млн. куб.м жидких осадков, требующих обезвреживания, переработки и безопасной утилизации.

Для переработки и обезвреживания осадка используются индустриальные методы. Обезвреживание осадка осуществляется в специализированных сооружениях – метантенках, где при температуре 50-53⁰С проводится процесс термофильного сбраживания. В процессе сбраживания выделяется биогаз, который используется для производства электрической энергии. Произведенная энергия покрывает до 50% потребности очистных сооружений.

Для максимального уменьшения объема обезвреженного осадка (отхода) перед его утилизацией реализован процесс механического обезвоживания. Чтобы улучшить водоотдающие свойства осадков, перед обезвоживанием их подвергают полимерному кондиционированию с использованием органических флокулянтов. В процессе механического обезвоживания объем осадка уменьшается более чем в 9 раз.

Анализ передового опыта показал, что в современных условиях использование для механического обезвоживания центробежных аппаратов (декантеров) на крупных очистных сооружениях является наиболее предпочтительным.

В 2013-2014 годах на Курьяновских очистных сооружениях и в 2016-2017 годах на Люберецких очистных сооружениях была проведена реконструкция цехов механического обезвоживания с заменой морально и физически устаревших камерных фильтр-прессов на современные, полностью автоматизированные комплексы на базе декантеров. В настоящее время парк обезвоживающего оборудования состоит из 17-ти высокопроизводительных декантеров.

Модернизация цехов обезвоживания позволила решить ключевые проблемы:

обеспечен резервный запас по производительности оборудования, т.е. увеличена его надежности;
выведены из эксплуатации 34 уплотнителя сброженного осадка, которые являлись источниками неприятных запахов;
уменьшен рецикл взвешенных веществ со сливной водой, тем самым снижена нагрузка по загрязнениям на головные сооружения;
сокращена численность обслуживающего персонала.

В 2019-2020 годах проведена реконструкция Зеленоградских очистных сооружений со строительством отделения механического обезвоживания избыточного активного ила. Установлено 4 центрифуги с комплексом полимерного кондиционирования. При обезвоживании активного ила его объем снижается в 20-25 раз. Строительство этого комплекса позволило исключить передачу образующихся осадков в систему московской канализации, а высвободившиеся илопроводы предполагается использовать для канализования новых жилых микрорайонов, строящихся в Химкинском районе.

Проблемы утилизации осадка

Использование индустриальных методов обезвоживания позволяет уменьшить объем осадка более чем в 9 раз.

В настоящее время обезвоженный осадок утилизируется специализированными организациями, которые на основании полученных лицензий перерабатывают обезвреженные и обезвоженные осадки в искусственные биопочвы. Полученная продукция используется для технической и биологической рекультивации нарушенных земель, отработанных карьеров и полигонов ТКО, а также планировочных работ. Учитывая интенсивное развитие селитебных территорий в московском регионе и близлежайших областях, использование такой схемы утилизации с каждым годом становилось все проблематичным.

Проведенный анализ современных направлений утилизации осадков показал, что мировые тенденции направлены на использование органического потенциала осадка:

при производстве биопочв/удобрений;
при получении твердого биологического топлива;
при производстве строительных материалов после термической переработки.

Преимущества производства биопочв

Использование искусственных биопочв в зеленом строительстве города позволяет решать проблему их интенсивной деградации. При этом решается проблема создания благоприятной социальной среды для населения. Использование технических искусственных грунтов для рекультивации нарушенных земель и отработанных карьеров решает проблему развития прилегающих территорий. Использование органического потенциала осадков позволяет минимизировать затраты сельхозпроизводителей на восстановления потенциала сельхозугодий.

Преимущества термического метода утилизации осадка

Учитывая сложную экологическую обстановку в московском регионе, использование термического метода конечной утилизации принято неприемлемым. Использование технологии сушки осадка позволяет обеспечить полную стерилизацию осадка с получением востребованной продукции — твердого биотоплива. При этом объем продукции уменьшится более чем в 3 раза, а калорийность высушенного осадка позволит использовать его в качестве топливной составляющей на цементных заводах.

С 2018 года в АО «Мосводоканал» ведутся работы по производству твердого биологического топлива из механически обезвоженного осадка Люберецких очистных сооружений. На данную технологию получено положительное заключение Государственной экологический экспертизы. На продукцию «Твердое биотопливо» разработаны Технические условия ТУ 38.32.39.-001-03324418-2017.

В 2019 году около 25% механически обезвоженного осадка Люберецких очистных сооружений направлено на производства твердого биологического топлива. Полученная продукция реализуется на цементных заводах ООО «Холсим (Рус) СМ», ООО «БазэлЦемент» и ООО «Хайдельберг-Цемент».

24 февраля 2021 г. между ООО «Гринтех» и городом Москвой в лице Департамента инвестиционной и промышленной политики г. Москвы подписано Концессионное соглашение в отношении финансирования, проектирования, строительства, содержания и эксплуатации объектов водоотведения, предназначенных для осуществления деятельности по обращению с осадком сточных вод. По условиям данного соглашения инвестором осуществляется строительство двух комплексов по сушке осадка на территории Люберецких и Курьяновских очистных сооружений мощностью 500 тыс.т/год каждый. Реализация проекта намечена на 2025 год.

Введение в осадок сточных вод и обработку осадка

Что такое осадок?

Осадок муниципальных образований (часто называемый осадком сточных вод) является побочным продуктом очистки сточных вод. Обычно это смесь органических веществ из отходов жизнедеятельности человека, частиц пищевых отходов, микроорганизмов, следовых химических веществ и неорганических твердых частиц из продуктов и лекарств, которые мы используем, вместе с водой, связанной с этими материалами. В Соединенных Штатах осадок сточных вод также называют твердыми частицами сточных вод.

После любой обработки шлам часто называют « твердые биологические вещества ». В соответствии с этим мы можем сказать, что обработка ила превращает ил в твердые биологические вещества. «Твердые биологические вещества» обычно наносятся на землю, сжигаются или захораниваются.

Шлам также может поступать с промышленных предприятий (производства пищевых продуктов, целлюлозно-бумажных комбинатов, химических и топливных заводов и т. д.). Промышленный шлам является побочным продуктом определенных заводских процессов и сильно различается по составу в каждой отрасли. Определенные виды промышленных шламов разрешено сбрасывать в городскую канализационную сеть для обработки с бытовыми осадками или доставлять на очистные сооружения для смешивания с осадками сточных вод для обработки.

Что такое обработка осадка сточных вод?

Обработка осадка является важным компонентом очистки городских сточных вод. Основными целями обработки осадка являются:

сокращение количества вредных микроорганизмов (таких как патогены) в осадке, снижение рисков для здоровья людей и окружающей среды, контактирующих с материалом;
для стабилизации части органического вещества в осадке, которое в противном случае естественным образом превратилось бы в вредные газы в атмосфере;
, чтобы уменьшить его конечный объем, как правило, снижая связанные с этим затраты на обработку; и
для сбора продуктов и побочных продуктов процесса очистки, которые могут быть использованы или проданы для компенсации затрат на обработку осадка.

Сокращение объема и действия, компенсирующие затраты на обработку осадка, имеют большое значение на очистных сооружениях. Несмотря на то, что осадок часто составляет лишь 0,2-0,4% потока сточных вод, поступающих на очистные сооружения, на его очистку часто приходится до 50% эксплуатационных расходов предприятия.

Зачем обрабатывать осадок?

Сточные воды не могут быть очищены, а чистая вода не может быть восстановлена, если не отделить твердые частицы сточных вод (шлам). После отделения шлама от сточных вод его нельзя утилизировать в сыром виде из-за его содержания, которое потенциально может загрязнить природную среду, пищевые системы или напрямую повлиять на здоровье населения.

Болезнетворные и дурно пахнущие компоненты неочищенного осадка сточных вод побуждали развитые страны обрабатывать этот материал перед утилизацией с конца 1800-х или начала 19 года.00с. Однако сегодня шлам все чаще рассматривается как ресурс. Это связано с тем, что обработка ила с помощью процесса, называемого «анаэробным сбраживанием», позволяет компаниям, занимающимся водоснабжением, извлекать биогаз из материала и превращать твердые биологические вещества в почвенный продукт, богатый питательными веществами. Некоторые идут дальше и извлекают из шлама минералы, такие как фосфор, невозобновляемый ресурс. Таким образом, ценность обработки осадка во многих местах выходит за рамки управления рисками и сосредоточена на восстановлении ресурсов.

Кто обрабатывает ил?

Очистка сточных вод и, следовательно, очистка или обращение с осадком в муниципалитетах, как правило, находятся в ведении водоканала. Водоканалы могут быть частными игроками, заключенными по контракту с правительством или государственными организациями. Они часто заботятся о снабжении чистой водой определенного географического района, а также собирают и очищают образующиеся сточные воды. Водоканал обычно получает сточные воды из городской или городской канализационной сети на очистные сооружения.

В некоторых муниципалитетах есть возможность создать централизованные очистные сооружения, подключенные к обширным канализационным сетям. Они, как правило, имеют специальные установки для обработки осадка. В городах и сельских районах есть небольшие очистные сооружения, которые могут объединять свой осадок в центрах обработки осадка для надлежащей и рентабельной обработки осадка.

В большинстве развивающихся стран и стран с переходной экономикой сточные воды, к сожалению, выбрасываются в природную среду без очистки, поскольку водоканалы не имеют достаточной канализационной инфраструктуры для сбора сточных вод или подходящих очистных сооружений для отделения и обработки содержащегося в них ила.

Водоканалы также могут собирать осадок из септических резервуаров, то есть контейнеров для фекального осадка для домов или учреждений, не подключенных к канализационным линиям, также известных как децентрализованные системы. Затем шлам в идеале транспортируется для обработки на ближайшую станцию очистки сточных вод или в шламовый центр.

Как обрабатывают осадок?

Существует множество способов обработки бытового осадка. Компании по водоснабжению предпочитают экономически эффективные процессы, которые позволяют им обрабатывать осадок, соблюдая при этом местные или национальные правила.

Одним из наиболее экономичных вариантов, выбранных многими средними и крупными очистными сооружениями, является сбраживание. Другие варианты, такие как известкование и крупномасштабное компостирование, также стабилизируют органическое вещество в осадке, но в этой статье мы сосредоточимся на переваривании.

На первых этапах очистки сточных вод неочищенный осадок сточных вод отделяется от сточных вод посредством одного или нескольких процессов. Полученный шлам перемещается в специальный поток для обработки. Обычная обработка осадка с помощью сбраживания обычно последовательно включает следующие этапы: сгущение, анаэробное сбраживание и обезвоживание перед монетизацией биогаза и повторным использованием или утилизацией твердых биологических веществ.

Сгущение ила

Несмотря на то, что большая часть воды отделяется в начале очистки сточных вод, сырой ил все еще физически очень жидкий. Сгущение ила — это низкоэнергетический этап, при котором большее количество воды отделяется от твердых компонентов перед анаэробным сбраживанием. Это уменьшает общий объем осадка и увеличивает долю твердых частиц в осадке. Шлам перед сгущением обычно содержит около 2–4% твердых веществ по весу, а при сгущении это содержание может достигать 16–18% по весу (также называемое %DS или сухими твердыми частицами).

Существует множество методов и оборудования для сгущения. Самым простым является гравитационное или гравитационное сгущение, при котором гравитация используется для осаждения более твердой части ила. Обычно он имеет механизм медленного перемешивания, который помогает оседать «загустевшему» шламу на дне гравитационного сгустителя. Другие методы сгущения включают флотацию растворенным воздухом, центробежное сгущение, сгущение гравитационной лентой и сгущение с вращающимся барабаном. Каждая из этих технологий имеет свои достоинства и недостатки.

Как определить количество шлама?

Несмотря на то, что физически он очень жидкий перед поступлением в поток обработки осадка, осадок часто выражается с точки зрения содержания в нем твердых частиц .

Общие показатели включают тонны* «сухих веществ» (tDS), и «% сухих веществ (%DS)».

Эти единицы показывают, сколько твердых частиц по весу содержится в иле. Это можно измерить с помощью образца в лаборатории.

Шлам вместе с содержанием воды часто выражается в тоннах сырости.

* 1 тонна = 1 метрическая тонна

Сбраживание осадка

Существует два основных типа сбраживания на муниципальной установке по обработке осадка: анаэробное (без кислорода) и аэробное. Из этих двух способов анаэробное сбраживание часто более рентабельно и имеет экономическое и экологическое преимущество, заключающееся в производстве биогаза и меньших объемов твердых биологических веществ.

Анаэробное сбраживание (AD) использует повышенную температуру и естественные микроорганизмы в иле для разрушения, а затем ферментации ила, уменьшая количество патогенов в материале. Температура может быть либо мезофильной, оптимальной при 30-38°С, либо термофильной, оптимальной при 49°С.-57°С. Мезофильное анаэробное сбраживание (MAD) более распространено, поскольку оно потребляет меньше энергии и более стабильно, но требует более длительного времени пребывания в резервуарах для сбраживания.

Анаэробное сбраживание — это медленный процесс, который происходит в больших герметичных резервуарах в течение от 15 до 30 дней. Поскольку в этих резервуарах требуется длительное время, они имеют большую площадь основания, чтобы вместить весь осадок, который необходимо переварить.

Процесс AD состоит из четырех биологических стадий: гидролиза, ацидогенеза, ацетогенеза и метаногенеза. Эти этапы превращают сахара и сложные белки в иле в углекислый газ, воду и метан, но все же оставляют после себя значительный объем в основном органических твердых веществ. Поскольку при анаэробном сбраживании образуется биогаз, состоящий в основном из метана и двуокиси углерода, вес и объем остаточного ила уменьшаются. Биогаз собирается и используется в качестве топлива для производства тепла, электроэнергии или перерабатывается в биометан, который можно вводить в сеть природного газа или использовать в качестве транспортного топлива. Сжигание биогаза важно даже при сжигании в факелах, чтобы избежать больших выбросов метана в атмосферу и смягчить последствия изменения климата.

Города со сточными водами, но без процесса сбраживания, как правило, используют другие методы для стабилизации органического вещества в осадке. Эти методы также можно использовать в сочетании с пищеварением.

Компостирование и добавление извести, также называемое щелочной стабилизацией, являются широко распространенными процессами обработки, которые позволяют рециркулировать или повторно использовать твердые биологические вещества в качестве почвенных продуктов, точно так же, как пищеварение.
Процедуры термохимической обработки, такие как сжигание.
Термическая сушка, при которой содержание сухих веществ (СВ) в осадке увеличивается намного больше, чем при сгущении или обезвоживании, но которая также является очень энергоемкой.

Обезвоживание твердых биологических веществ

Анаэробно сброженный ил называется твердые биологические вещества и содержит в основном воду с содержанием сухих твердых веществ обычно 6-12%. Обезвоживание снижает содержание воды и отличается от сгущения тем, что требует больше энергии и дает более сухой продукт.

Ленточные фильтр-прессы (BFP) и центрифуги являются распространенными технологиями обезвоживания. В ленточных фильтр-прессах используется ряд движущихся лент, предназначенных для выжимания воды из твердых биоматериалов до содержания сухих веществ (DS) примерно от 15 до 30% или более, в зависимости от типа сырого ила и используемой конфигурации сбраживания. Центрифуги «выталкивают» более твердую часть ила к стенкам вращающегося сосуда и собирают отделившуюся воду.

Другие методы и оборудование для обезвоживания включают лагуны, солнечные сушильные площадки и различные прессы, такие как шнековый пресс, фильтр-пресс и ротационный пресс. Конечно, необработанный шлам также можно обезвоживать напрямую, особенно перед сжиганием или захоронением. Содержание сухих твердых частиц в обезвоженном осадке сильно различается в зависимости от природы осадка и используемых методов.

Отделенная вода, извлекаемая как при сгущении, так и при обезвоживании, известная в некоторых странах как щелок или сбросная вода, обычно возвращается в начало или на вход очистных сооружений. В некоторых случаях он должен сначала пройти специальную обработку, известную как обработка ликвора.

Чем отличаются сгущение и обезвоживание?

Оба являются средствами снижения содержания воды в осадке. Сгущение потребляет меньше энергии, поскольку удаляет только часть свободной воды из шлама с помощью таких методов, как отстаивание или центрифугирование.

Обезвоживание удаляет воду, связанную с реальными твердыми частицами. Он может использовать химические процессы, в первую очередь добавляя соединения (называемые полимерами), которые помогают лучше связывать твердые частицы сточных вод и, следовательно, более эффективно отделять воду.

Разработки в области обработки осадка

Новые технологии и оборудование оптимизируют или расширяют описанный выше процесс обработки осадка, который за последнее столетие практически не изменился. Некоторые из них представляют собой модификации процесса пищеварения, а некоторые предназначены для обработки биогаза, полученного в результате пищеварения, в то время как другие ориентированы на восстановление питательных веществ, таких как фосфор.

Хорошими примерами разработок в отрасли являются заводы, использующие усовершенствованное анаэробное сбраживание и производящие высококачественные твердые биологические вещества. Усовершенствованное анаэробное сбраживание относится в основном либо к модификации обычного процесса анаэробного сбраживания, либо к дополнительным технологиям или методам, которые улучшают сбраживание за счет повышения способности ила к биологическому разложению. Это позволяет муниципалитетам перерабатывать больше шлама и производить меньшие объемы (более высокого качества) твердых биологических веществ, одновременно вырабатывая больше возобновляемой энергии.

Примеры расширенных вариантов разложения включают следующее:

Термический гидролиз
Пастеризация
Термофильное анаэробное сбраживание (ТАД)
Ферментативный гидролиз

Процесс термического гидролиза становится широко известным вариантом предварительной обработки для мезофильного анаэробного сбраживания с многочисленными экономическими и экологическими преимуществами. Этот процесс в настоящее время используется на более чем 40% шлама в Соединенном Королевстве и расширяется в Европейском Союзе, Соединенных Штатах и многих других странах.

Что происходит после обработки осадка?

После того, как шлам обработан и признан твердым биологическим веществом, предприятия водоснабжения должны отправить твердый биологический продукт с завода по очистке сточных вод для утилизации или повторного использования. Обращение с твердыми биологическими веществами обычно относится к одной из следующих категорий:

Использование в сельском хозяйстве или внесение в землю в качестве удобрения для почвы, улучшения почвы или в составе почвенного продукта;
Хранение или захоронение на поверхности, т.е. санитарное захоронение, монозаполнение и размещение в местах, обычно удаленных от жителей;
Сжигание и последующее захоронение или повторное использование образующейся золы;
Сброс в океан или сброс на открытых площадках до сих пор широко запрещен во многих странах, но все еще может иметь место.

Из этих вариантов землепользование на сельскохозяйственных или несельскохозяйственных землях считается способом полезного повторного использования, в то время как другие часто называют методами утилизации. Использование земли в настоящее время рекламируется как наиболее экологически ответственный вариант. Тем не менее, это проблема даже для многих развитых стран из-за ограниченного количества близлежащих земель или компонентов твердых биологических веществ, которые не могут быть распространены на земле в слишком больших количествах, таких как тяжелые металлы или микропластик.

Твердые биологические вещества

Зарегистрируйтесь в Академии Cambi, чтобы получать новости о вебинарах и мероприятиях.

Осадок сточных вод

Правила ЕС поощряют использование осадка сточных вод в сельском хозяйстве, но регулируют его использование для предотвращения вредного воздействия на почву, растительность, животных и людей.

Обзор

Осадок сточных вод представляет собой илистый остаток, образующийся в результате очистки сточных вод. Осадок сточных вод содержит тяжелые металлы и патогены, такие как вирусы и бактерии. Он также содержит ценные органические вещества и питательные вещества, такие как азот и фосфор, и поэтому может быть очень полезен в качестве удобрения или почвоулучшителя.

Исходная информация

Количество осадка сточных вод, требующего удаления в ЕС, увеличивается, главным образом, из-за постепенного внедрения Директивы по очистке городских сточных вод.

Правила ЕС в отношении осадка сточных вод учитывают потребности растений в питательных веществах и гарантируют, что качество почвы, поверхностных и грунтовых вод не ухудшится. Он охватывает

как фермеры могут использовать осадок сточных вод в качестве удобрения
отбор проб и анализ осадка и почвы
ведение подробного учета количества ила, произведенного и использованного в сельском хозяйстве
тип обработки и места, где используется ил
состав и свойства ила

его использование. В некоторых странах ЕС необработанный ил можно использовать в сельском хозяйстве, если он вводится или обрабатывается в почве. В некоторых случаях шлам вообще нельзя использовать. В том числе

на почве, на которой выращиваются фруктовые и овощные культуры, за исключением фруктовых деревьев
на пастбищах или кормовых угодьях, которые будут выпасаться животными или собираться в течение следующих трех недель

менее чем за десять месяцев до посева фруктовых и овощных культур для сбора урожая, когда урожай находится в непосредственном контакте с почвой и употребляется в пищу в сыром виде

Цели

Целями Директивы по осадкам сточных вод являются

защита людей, животных, растений и окружающей среды путем обеспечения того, чтобы тяжелые металлы в почве и шлама не превышают установленных пределов
для увеличения количества осадка сточных вод, используемого в сельском хозяйстве

Директива также

устанавливает пределы концентрации семи тяжелых металлов в осадке сточных вод, предназначенном для сельскохозяйственного использования, и в почвах, обработанных осадком (кадмий, медь, никель, свинец, цинк, ртуть, хром)
запрещает использование осадка сточных вод, в результате которого концентрации этих тяжелых металлов в почве превышают эти предельные значения

Закон

Директива об осадке сточных вод
Консолидированная версия Директивы об осадках сточных вод
Резюме закона ЕС об осадках сточных вод
Регламент, согласовывающий и оптимизирующий требования к отчетности в экологическом законодательстве
Решение о процедурных правилах в области экологической отчетности
Директива об очистке городских сточных вод

Внедрение

Страны ЕС должны каждые три года отправлять в Европейскую комиссию отчеты о выполнении Директивы по осадкам сточных вод. Они должны быть основаны на конкретной анкете.

В 2018 году был опубликован обзор выполнения законодательства ЕС об отходах (включая осадок сточных вод).

Оценка

Оценка 2014 года показала, что

Директива достигла своих первоначальных целей за счет увеличения количества шлама, используемого в сельском хозяйстве, и снижения вреда окружающей среде
было несколько областей, где Директива не полностью соответствовала потребностям и реалии текущей ситуации

С тех пор произошли научный прогресс и технологические разработки, а также изменения в политическом ландшафте в результате первого и второго планов действий по экономике замкнутого цикла, Стратегии биоэкономики, нового Положения об удобрениях, Стратегия «От фермы к столу» и Стратегия ЕС в области биоразнообразия на период до 2030 г.

Поэтому в 2020 году было начато исследование для оценки критериев оценки эффективности, действенности, актуальности, согласованности и добавленной стоимости ЕС Директивы по осадкам сточных вод во всех странах ЕС. Это будет опираться на предыдущие результаты оценки и дополнять их. Результаты оценки повлияют на решение Комиссии о необходимости продолжения оценки воздействия предложения о пересмотре Директивы, как указано в Плане действий по новой экономике замкнутого цикла.

Консультационная деятельность направлена на

дополнить уже известные данные и литературный обзор о реализации Директивы по осадкам сточных вод, среди прочего
понять, в какой степени Директива была успешно реализована, в какой степени были достигнуты ее цели, основные проблемы, и любые компромиссы в реализации

Узнайте больше в Стратегии консультаций для этой оценки и примите участие в открытых общественных консультациях.

Статистика

Статистика воды EuroStat, включая воду осадка
Статистика для текущего производства осадка

ГРЕМ

Ключевые даты, связанные с Директивой осадка сточных вод

декабрь 2020 года — Q1 2021
. оценки Директивы об осадках сточных вод
20 ноября 2020 г. – 5 марта 2021 г.
Открытые общественные консультации по оценке Директивы об осадках сточных вод
См. Общественную консультацию
18 июня 1986 г.
Директива о шлам сточных вод. биоразлагаемые отходы, подвергнутые биологической очистке (компост и дигестат): Технические предложения
Отчет о наличии и уровнях отдельных соединений в образцах осадка сточных вод в Европе
Экологические, экономические и социальные последствия использования осадка сточных вод на земле: часть I, часть II и часть III
ТЭО по содержанию тяжелых металлов (микроэлементов) и органического вещества в европейских почвах
Отчет о ходе работы по микроэлементам и содержание органического вещества в почвах Европы
Отчет об органических загрязнителях в осадках сточных вод для использования в сельском хозяйстве
Отчет о путях удаления и переработки осадка сточных вод
Исследование загрязняющих веществ в городских сточных водах и осадках сточных вод
Оценка обработки осадков для уменьшения патогена

Связанные ссылки

Основной закон: Директива осадка сточных вод

Вступление в силу: 18 июня 1986

Связанные темы: .