СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА, СОДЕРЖАЩЕГО ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ Российский патент 2004 года по МПК C02F11/14 C02F11/14 C02F101/20 C02F103/16 

Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к обезвоживанию избыточного активного ила и стабилизированных осадков, образующихся при очистке сточных вод промышленных предприятий или смесей сточных вод промышленных предприятий с хозяйственно-бытовыми водами биологическим методом и утилизации осадков в сельском хозяйстве. Может быть использовано в химической, металлургической, целлюлозно-бумажной промышленности, а также в коммунальном хозяйстве. Сложность утилизации и переработки избыточных илов из вторичных отстойников и смесей илов и стабилизированных осадков первичных отстойников состоит в большом содержании тяжелых металлов, малой скорости выделения воды из осадков при высокой их влажности.

Наиболее распространенным методом обезвоживания осадков и илов является использование полиэлектролитов и коагулянтов, например, полиакриламида и хлорного железа. Согласно способу /авт. св. СССР 882957, бюл. 43, 23.11.1981 г. / в осадок вводят в качестве коагулянта соли железа в дозах 25-30 кг/м³, смесь нагревают до 65-85^oC, после чего вводят флокулянт - 0,1% и подвергают разделению. Предложенный способ требует больших затрат реагентов, энергии на подогрев, приводит к загрязнению осадка и фильтрата железом.

Предложен способ уплотнения осадка сточных вод /авт. св. СССР 1708779, бюл. 4, 30.01.1992 г./, заключающийся в предварительном введении вспомогательного вещества, в качестве которого используют кальцинированную соду в дозах 15-20 кг/м³ с нагревом осадка до 60-80^oС и последующим отстаиванием в течение 3-4 ч. К недостаткам способа относятся высокая щелочность фильтрата, необходимость нагрева, неизменность содержания тяжелых металлов в твердой фазе, что ограничивает его использование в сельском хозяйстве.

Предложено уплотнение избыточного активного ила с возможной его утилизацией путем введения калиево-кальциевого цеолита с размером частиц 0,15-0,25 мм в количестве 3-8 кг на м³ избыточного ила /авт. св. СССР 1165645, бюл. 25, 07.07.1985 г./. Метод позволяет за 3 ч отстаивания достигать объема осадка менее 40% от исходного объема ила. Вместе с тем введение цеолита приводит к росту содержания тяжелых металлов в сухом веществе ила в 1,3 раза, что ограничивает его использование в сельском хозяйстве. Нет сведений о возможности обезвоживания стабилизированных осадков сточных вод.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ переработки избыточного активного ила, содержащего тяжелые металлы /патент РФ 2133231, бюл. 20, 20.07.1999 г./, по которому избыточный активный ил смешивают с малорастворимыми солями кальция в виде природных материалов или отходов производства при соотношениях 5-15 частей на 100 частей ила, перемешивают в течение 3-6 ч при 6-30^oС, далее разделяют твердую и жидкую фазы методом отстаивания, и/или центрифугирования, и/или фильтрования. Тяжелые металлы, перешедшие в водную фазу, выделяют методами реагентного осаждения, или ионного обмена, или адсорбции. Недостатками способа являются: большое соотношение кальциевого материала к илу, недостаточное выделение воды из обработанных илов отстаиванием, малая применимость способа к переработке осадков первичных отстойников.

Техническим результатом изобретения является переработка избыточного активного ила, или стабилизированного осадка первичных отстойников, или их смесей без больших затрат реагентов, одновременное облагораживание осадков и илов по содержанию тяжелых металлов за счет перевода их в водную фазу, увеличение количества выделяемой воды из илов и осадков методом простого отстаивания.

Технический результат достигается тем, что в избыточный ил, или стабилизированный осадок первичных отстойников, или в их смесь предварительно вводят 10-25 кг/м³ малорастворимого кальциевого материала, смесь перемешивают аэрацией в течение 1-4 ч, а затем фазы разделяют отстаиванием. Из водной фазы тяжелые металлы выделяют реагентным осаждением, или ионным обменом, или адсорбцией. При необходимости ускорения отстаивания, особенно при работе с осадками или смесями осадков и илов, после аэрации смеси подвергают ультрафиолетовому облучению в течение 10-60 с или кальциевый материал перед аэрацией вводят порциями в течение 30 мин от начала аэрации.

При введении кальциевого материала, например, мела, гипса, фосфата кальция происходит иммобилизация микроорганизмов ила или осадка на твердых частицах, сопровождающаяся замещением тяжелых металлов в микроорганизмах на кальций, адсорбция микрочастиц осадков на частицах кальцийсодержащих материалов, укрупнение и уплотнение частиц, что приводит к интенсификации отстаивания. Перемешивание смесей аэрацией благоприятствует жизнедеятельности микроорганизмов и процессу замещения тяжелых металлов на кальций. Уменьшение дозы материала менее 10 кг/м³ приводит к снижению скорости отстаивания и степени выделения тяжелых металлов из ила или осадка, а дозы выше 25 кг/м³ экономически нецелесообразны. При аэрации менее 1 ч не обеспечивается требуемая степень выделения тяжелых металлов, а продолжительность аэрации свыше 4 ч не приводит к существенному повышению степени выделения металлов.

Увеличение количества выделяемой воды из осадков или илов биологических очистных сооружений происходит при дробном введении кальцийсодержащих материалов, т.е. при делении дозы материала на две и более частей с их подачей в начале процесса аэрации, затем через 15 или 30 мин. Такая подача материала создает лучшие условия для иммобилизации микроорганизмов и адсорбции тонкодисперсных частиц на кальциевом материале.

При оседании илов и осадков происходит хаотическое движение микроорганизмов, что приводит к неполному выпадению илов и осадков, уменьшению выделения воды. Обработка илов и осадков в смеси с кальцийсодержащим материалом ультрафиолетовым облучением обеспечивает ускоренное отстаивание и рост степени выделения воды, причем при продолжительности УФО менее 10 с должной степени выделения воды не достигается. Увеличение продолжительности УФО более 60 с приводит к глубокому разрушению микроорганизмов, что также не способствует ускорению оседания и полноте выделения воды. Без УФО при введении кальциевых материалов в указанных количествах и аэрации степень выделения воды /обезвоживания ила или осадка/ и скорость отстаивания значительно превышают аналогичные показатели процесса отстаивания /обезвоживания/ без введения материалов, но УФО позволяет достигать более высоких показателей, хотя и требует дополнительных затрат и оборудования.

В целом предлагаемое решение позволяет обеспечивать переработку избыточных активных илов, осадков из первичных отстойников биологических очистных сооружений, содержащих тяжелые металлы и утилизацию их в сельском хозяйстве. Предложенный прием обеспечивает увеличение количества выделяемой воды из осадков и илов при простом отстаивании, уменьшение влажности конечных осадков, т.е. уменьшение объема осадков и илов, направляемых на дальнейшую переработку.

Пример 1 /таблица: примеры 1-19/. B избыточный активный ил, или стабилизированный осадок первичных отстойников, или в смесь ила и осадка, содержащих повышенное количество тяжелых металлов, объемом 1 дм³ вводили 10 или 25 г кальциевых материалов /мела, гипса или фосфата кальция/, смесь аэрировали в течение 1-4 ч, затем подвергали отстаиванию. Параллельно проводили опыты без введения кальциевых материалов. Эффективность оценивали по остаточному содержанию тяжелых металлов в сухом веществе твердой фазы и объему выделившейся воды в процентах от объема исходной смеси через определенные промежутки времени после начала отстаивания. Результаты приведены в таблице.

Пример 20. В условиях проведения опытов 10-11 и 14-15 /таблица/ кальциевый материал вводили двумя порциями: сначала вносили половину от всей дозы, а вторую половину вносили через 30 мин от начала аэрации. После отстаивания в течение 4 ч в условиях, аналогичных опытам 10-11, объем выделившейся воде возрастал на 6-8%. В условиях, аналогичных опытам 14-15, при дробной подаче кальциевого материала и отстаивании в течение 2-4 ч объем выделенной воды возрастал на 8-4% по сравнению с опытами с единовременной подачей всего материала. Содержание тяжелых металлов в конечной твердой фазе было практически одинаковым с опытами 14-15.

Пример 21. Образцы илов или смесей осадков из первичных отстойников и илов после смешения с мелом и аэрирования в течение 2 ч подвергали ультрафиолетовой обработке в течение 10-60 с и затем отстаивали 2-4 ч. Плотность осадка после ультрафиолетовой обработки возрастала с 1,005 до 1,025-1,015 кг/дм³. Объем выделившейся воды увеличивался, а объем осадка уменьшался. В условиях опытов, аналогичных опытам 8-9 /таблица/, но с УФО смеси в течение 10 с через 2 ч отстаивания объем выделенной вода достигал 12%, а через 4 ч отстаивания уже 32%. При увеличении продолжительности УФО до 60 с объем выделенной воды достигал, соответственно, 35 и 46%. Увеличение продолжительности обработки с 60 до 90 с приводило к снижению объема выделенной воды, в аналогичных условиях, в данных опытах на 5-7%. В опытах, аналогичных опытам 14-15 /таблица/, но с ультрафиолетовой обработкой смеси в течение 10 с и отстаивании 2 ч объем выделенной воды достигал 35%, а за 4 ч отстаивания 48%. При увеличении продолжительности УФО до 60 с объем выделенной воды вырос, соответственно, до 48 и 64%. Опыты проведены при температурах 291-295 К и рH 5,6.

Предложенный способ переработки избыточного активного ила и стабилизированных осадков первичных отстойников биологических очистных сооружений, содержащих тяжелые металлы, позволяет облагораживать илы и осадки по содержанию тяжелых металлов, обеспечивать достаточно глубокое обезвоживание твердых фаз простым отстаиванием, существенно уменьшать объемы твердых фаз илов и осадков, подаваемых на последующие операции по конечному обезвоживанию осадков фильтрованием или центрифугированием. Это создает возможность экономичными методами обеспечить условия для последующей утилизации осадков в сельском хозяйстве в качестве органоминерального удобрения, отказаться от складирования их на шламовых полях, что исключит вторичное загрязнение окружающей природной среды.

Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к обезвреживанию избыточного активного ила и стабилизированных осадков, образующихся при биологической очистке сточных вод промышленных предприятий и коммунально-бытовых хозяйств, и утилизации осадков в сельском хозяйстве. В активный ил и/или стабилизированный осадок первичных отстойников вводят 10-25 кг/м³ кальцийсодержащего материала и перемешивают аэрацией в течение 1-4 ч. После этого фазы разделяют методом отстаивания и выделяют тяжелые металлы из водной фазы. Кальцийсодержащий материал подают порциями в течение 30 мин от начала аэрации. После аэрации смесь подвергают обработке ультрафиолетовым излучением в течение 10-60 с. Технический эффект - сокращение затрат реагентов, обеспечение условий для последующей утилизации осадков в сельском хозяйстве в качестве удобрения. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ переработки осадков сточных вод, содержащих тяжелые металлы, включающий смешение их с малорастворимым кальцийсодержащим материалом, перемешивание, последующее разделение фаз методом отстаивания и выделение тяжелых металлов из водной фазы, отличающийся тем, что в активный ил и/или стабилизированный осадок первичных отстойников вводят 10-25 кг/м³ кальцийсодержащего материала, а перемешивание осуществляют аэрацией в течение 1-4 ч.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кальцийсодержащий материал подают порциями в течение 30 мин от начала аэрации.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после аэрации смесь подвергают обработке ультрафиолетовым излучением в течение 10-60 с.